hallo auch noch mal von mir und viele Grüße von der Universität Kassel mein Name ist Klarmobil ich beschäftige mich bereits seit einigen Jahren unter anderem mit elektrischen Untersuchungen hauptsächlich von Metall Metallkontakten des Bordnetzes und metallkunststoffverbindung was mich direkt zu meinem Thema wie gesagt heute führt und zwar den Anwendungspotenzial leitfähiger Kunststoffe und deren elektrische Kontaktierung die Einsatzgebiete von Kunststoffen sind vielfältig werden unter anderem verwendet in der Luft und Raumfahrt Marine den ein oder anderen hier sind auch schon im Automobilbereich begegnet aber auch in der Gas Öl Industrie der Konstruktion oder auch den kleidungsindustrie finden Sie Anwendung und zwar überall dort wo eine mechanische Festigkeit benötigt wird oder die Gewichtsreduktion eine Rolle spielt weiter möglichen sie auch die Kombination verschiedener Material Eigenschaften in einem Bauteil hervorzuheben sind auch die normalerweise kurzen Herstellungs und somit auch Lieferzeiten und allem voran ziemlich freigestellt war sehr flexible Design schaut man sich den US-Markt für Kunststoffe im Bereich der Automobilindustrie mehr Verbundwerkstoffe das heißt Kunststoffe und speziell zu setzen so befindet sich dieser seit einigen Jahren auch als Trend und es wird erwartet dass er weiter wächst die Ausgaben befindet sich jetzt zwar nur im Bereich von Millionen aber Kunststoffe sind vergleichsweise auch ziemlich preiswert in der Herstellung was sind die Einsatzgebiete im Fahrzeug um den größstein machen Exterieur und Interieur aus aber auch bei den strukturellen Komponenten und sogar im Antriebsstrang sind Kunststoffe zu finden hier sind einige konkrete Beispiele aus aktueller Forschung Entwicklung und zwar eine kleine Auswahl an Kraft aufnehmenden tragenden Bauteilen in grau werden zum Beispiel strukturelle Komponenten oben ein seitentürelement und eine Verankerung für Kindersitze in der Mitte ein Querträger und unten ein Lenker in orange-haarte Sitzschale mit integriertem weißen Polster alles in einem Bauteil und oben ein bodenpanel welches aufgrund der gegenwärmen Struktur eine besondere Festigkeit erreicht und als klassisches Experten und der Vollständigkeit halber noch als nicht tragen Komponenten des antriebsmanschette generell sind alle Dichtungen oder auch Isolierung und Gehäuse der gesamten Elektriker in der Regel man sieht schon an diesen Beispielen dass der Einsatz der vielfältig ist es werden unterschiedliche Formen umgesetzt mit unterschiedlichen Eigenschaften und eben um eben gezielt unterschiedliche Funktionen erfüllen zu können was an dieser Stelle auch auffällig ist ist das bei fast allen hier gezeigten Beispielen den Polymer Glasfasern bei gemischt werden und die nötigen Eigenschaften zu erreichen das erkennt man an dem Kürzel GF oder jeweiligen Kunststoff Bezeichnung Glasfasern sorgen unter anderem für die nötige Festigkeit dieser Bauteile aber für den Einsatz in Bordnetz zum Stromtransport sind sie eher ungeeignet also schlichtweg nicht elektrisch sind wie wird aber eine elektrische Leitfähigkeit bei Kunststoffen erreicht Kunststoffe kann man sich vereinfacht als lange Ketten vorstellen sind wenn man nun rechts und links eine Spannung angeht passiert dass man nichts also ich Kunststoffe in der Regel diese Plattform verhandeln Verhalten die elektrische Leitfähigkeit wird es sich Füllstoff erreicht zum Beispiel hier Durchleitung oder auch Carbonfasern metallungen schaut man sich die elektrische Leichtigkeit an würde man feststellen dass ich das Material immer die elektrische Leitfähigkeit aufgetragen über den Füllstoffanteil und wir würden uns hier unten eine sehr schlechten empfinden damit ein Elektron von der minus plus Elektrode gelangen kann müsste es durch das Material waren und das kann es eigentlich nur über den seitlichen Füllstoff aber das kann es auch nur dann wenn es eine durchgehende Verbindung gibt das bedeutet werden solange aber eine Erhöhung eine durchgehende füllstoffverbindung entstehen lässt das Material im Bereich des Kunden heißt wenn eine kritische Konzentration erreicht wird die sogenannte kalkulationsschritte steigt die Leitfähigkeit sprunghaft an denn nun sind die ersten durchgehenden füllstoffrade vorhanden hier in orange hervorgehoben nun befinden wir uns im Bereich der füllstoffleitfähigkeit eine weitere Erhöhung des füllstoffanteils hat keine dramatische Steigerung mehr zur Folge es entstehen lediglich weitere Parallele Pfade die einen kleinen Beitrag leisten dieses Material hat aber den Vorteil wie alle anderen Kunststoffe auch dass man das automatisiert verarbeiten kann ein Beispiel aus der Serie hier ist eine seitenbegrenzungsleuchte für Nutzfahrzeuge der Firma heller gezeigt das Material wurde an der Edith Aachen mit siemens entwickelt betrieben wurde von der Schule gehabt hier in schwarz ist das Leid für Kunststoffmaterial zu sehen welches die funktionalen Komponenten die LED und Widerstand verbindet als Füllstoff wurden Metalle verwendet genauer kupferspinnen sind diese sorgen für eine durchgehende metallschleichen eine Verbindung zugegeben im linken Bild sind die Leiterbahn verglichen mit einer Platine schon ziemlich dick aber die komplette Leuchte kann in einem sogenannten mehr komponentenverfahren vollständig automatisiert am Stück in einem Prozess hergestellt werden die funktionellen Teile werden automatisiert eingelegt und die in diesem Falle drei Kunststoffe sukzessiv eingespritzt in weiß wäre dass das Gehäuse in orange die Blende und zu guter Letzt dann der leitfähige Kunststoff hier in schwarz wenn man weiter denkt ist das ganze auch auf andere Bauteile übertragbar oder natürlich auch höher skalierbar zum Beispiel wäre das Anfertigen in der gesamten türkenverkleidung sind Elektrik auf dieser Art und Weise denkbar oder auch andere Elemente die Verkabelung führen oder verdecken denn die Kunststoffteile müssen ja sowieso hergestellt werden müssen an dieser Stelle einfach nur einen weiteren automatisierten Prozessschutz anhängen also diese macht das noch niemand wieso ist das ganze hier auch vom Markt verschwunden sowohl Material als auch diese Leuchte diese Frage kann ich leider nicht beantworten aber vielleicht ist ja jemand von Hella down für dieses an äußern ich würde meine Aussage dann gerne reagieren also konkret sehen wir die Herausforderung an der Kontaktstelle zwischen Metall und Kunststoff auch wenn in so einem Bauteil schon viel Metall ersetzt wurde trifft es noch nicht für alles so z.B an der Kontaktstelle zwischen Kunststoff und Widerstand oder auch der Stecker für die Stromversorgung kontaktiert werden das bedeutet das sind kunststoffkontakt und auch zukünftig einige Zeiten wird Kunststoff und Metall sind erstmal verschiedene Werkstoffen in verschiedenen Eigenschaften diese dann sehen wir hier vorteilhaft miteinander kombiniert werden bringen aber auch Herausforderungen zum Beispiel Kunststoffe dehnen sich bei Wärme stärker aus als Metalle das kann dazu führen dass der Kunststoff die durchgehenden füllstofffade wenn es sich ausdehnt unter Umständen unterbricht an diesem Effekt wird derzeit viel geforscht prozesshaltig kann schon viel gesteuert werden auch ein gezieltes ausnutzen dieses Effektes denken zum Beispiel es ist bereits umgesetzt bei selbstbestellenden Sicherung nichtsdestotrotz ist sowas auch für die Kontaktstelle anspruchsvoll und genau da setzt sich unsere Forschung an unser Forschungsvorhaben welches durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft EFG gefördert wird hat die Modellierung elektrisch auf kontaktwiderstände an metallkunststoffgrenzflächen also den eben erwähnten Kontaktstellen zu ziehen die DFG hat einige Förderprogramme aber in der Regel geht es hier um Grundlagenforschung und wir sind auch ein wenig stolz darauf dass unsere Arbeit als ein Fachgebiet im Bereich Fahrzeugsystem auf dieser Art und Weise gewürdigt wird und auch seitens der DFG hier Grundlagen relevant ist sozial gesehen wird aber zurück zum Thema die sieht so eine Grenze aus ein klassisches Beispiel werden zwei Metallflächen zusammengebracht ist die Kontaktfläche nur auf den ersten Plan ein genauer Blick zeigt die Oberfläche der beiden Teile die auch Oxidschichten oder andere Verschmutzung aufweisen können hier sind die Frauen Metallspitzen aber auch von Vorteil da diese dann zusammenbringen eben die genannten fremdschichten durchdringen und sein elektrischen Kontakt herstellen kann das sind alles vom Faktoren von denen der elektrische Kontakte Widerstand letztendlich abhängt aber auch durch geeignete Prozesse die Grenzen oder stecken und so weiter werden wie man sieht kommen hier diverse weitere Faktoren hinzu wie zum Beispiel die füllstoffkonzentration die füllstoffausrichtung Benutzbarkeit des Metalls oder die Polymermatrix Beschaffenheit und nur einige zu nennen zusätzlich hat der Kunststoff keine steifenspitzen die ebenfall metallidioxidschicht durchdringen können das muss prozesseitig auch berücksichtigt werden weiter muss genug leitfähiger Füllstoff in der Wandschicht vorhanden sein denn nur wenn eine dieser Metallspitzen eine in diesem Faser tatsächlich auch berührt eine elektrische Kontakt hergestellt werden und diese Fasern muss selbstverständlich auch an das leitfähige Netzwerk innerhalb des Kunst angebunden sein bei den Carbonfasern gibt es auch noch eine weitere interessante Eigenschaft und zwar die anderen Fähigkeit das bedeutet links und quer besitzt die Faser einen deutlich unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit leben einige Größenordnung schlechter da ist es auch direkt relevant wie die Phase auf den Metall trifft frontal oder wer aber auch das lässt sich Prozess fertig schon Steuern hier ein Beispiel hat eine Spritze Simulation der graue Bereich ist ein Hohlraum quasi die Negativform des Bauteils welches gefüllt werden soll in der Mitte befindet sich ein fließenderes das ist unser metallischer Kontakt hin rechts nähert sich dann wieder Kunststoff für diese den Hohlraum aus am Hindernis teilt sich die Vlies von der PIN wird umflossen dahinter vereinigen sich die zwei Freaks und wieder unter ganze Hohlraum wird gefüllt was bedeutet das für die Phase Ausrichtung hier in schwarz wäre noch mal der Hohlraum von eben dargestellt der blaue Fall gibt die Fließrichtung der Schmelze an die fließt von hier in grün markiert aufgrund von schwerkräften richten sich die Fasern entlang der fließt und aus hier eine Orange gezeigt das kann man ausnutzen hier ein Mikroskopie Bild einer solchen Probe der blaue Fall markiert wieder die Fließrichtung der Kunststoff Schmelze grob lässt sich die faserausrichtung bereits im Bild erkennen also die hellen Striche im Mikroskopie Bild sind die Fasern in grün hier noch mal der Verlauf der Schmelze die sich am Wind dann wieder vereinigt die Lichtsituation führt zu zwei verschieden orientierten Bereichen vor und nach dem metallpin rechts haben wir einen sehr geordneten Bereich oben und unten sind die Fasern alle parallel zufrieden ausgerichtet und in der Mitte hingegen quer links dagegen herrscht eine chaotische Verteilung nur im Bereich der binden Naht da wo die zwei Fronten Zusammentreffen gibt es einen kleinen Bereich mit einer Person was bedeutet das ganze nun für die elektrische Leitfähigkeit wir untersuchen dieser anhand von potenzialfeldern hier ist unser Prüfstand einmal am abgebildet im linken Bild sieht man mittig die eben gezeigte Probe mit dem Metall in der Mitte rechts und links sind die Elektroden und oben tastet eine Messnadel die Oberfläche automatisiert ab und das Potenzial in jedem Punkt wird aufgenommen das rechte Bild zeigt den dreieckigen XYZ der bewegt unten im Bild befindet sich die Links gezeigte Messaufbau als Ergebnis erhält man ein solches potenzialfeld bei den schwarzen Linien handelt es sich um diese potenziallinien Verläufe mit dem gleichen Potential es ist direkt auffällig dass man diese mit der fasernte Orientierung von eben korrelieren kann also hier oben nochmal zu vergleichen Hebel rechts haben wir brauchen Potentialfeld ein sehr geordneten Bereich und links sind die Zusammentreffen ziemlich gut erkennbar weiter ist auffällig dass der gesamte geordnete Bereich rechts von den ziemlich einheitlich blau ist das heißt hier gibt es nur ein geringen Potential Abfall von 0,8 Volt in diesem konkreten Beispiel zum Vergleichen chaotischen Bereich ist so ein geringer potenzialfall bedeutet natürlich ein gehören geringeren elektrischen Widerstand oder anders eine höhere elektrische Fähigkeit geordnete Seite ist somit für eine effizienten Stromtransport besser geeignet als ungeordnet wir konnten sogar noch ein Stück weitergehen und zeigen dass der hauptstromtransport über die parallel liegenden Fasern oben und unten also hier in hellblau markiert stattfindet woran liegt das schauen wir uns den Bereich mit der Faserung parallel zum Stromfluss genauer an die schwarzen Linien repräsentieren hier die Fasern ein Elektron könnte hier um von rechts nach links zu kommen eine lange Strecke entlang einer Phase zurücklegen bevor es äh die Faser wechseln muss der Weg des Elektrons ist hier ein Baum markiert und der faserwechsel jeweils im Boden sind jetzt weniger Kontaktpunkte das bedeutet hier ist der Weg sehr direkt und dann kurz also und wenig Kontakten überwunden werden müssen das sind Summe zu einem geringen Widerstand in diesem Bereich führt anders sieht es bei einer quer Orientierung aus durch diese Orientierung führt der Weg für das elektronisch die Strecke in Summe deutlich länger wird und auch sehr viele notwendig sind was einem deutlich höheren Widerstand in diesem Bereich führt aber eigentlich interessiert uns ja auch der Bereich um den Pin wie sieht hier die Farbe aus die lassen sich drei Bereiche unterscheiden einmal der Bereich links verbinden mit einer Phase Orientierung bedingt durch eben die bindennahtbildung also da wo die zwei Fronten Zusammentreffen senkrecht zu finden Oberfläche dann einen Bereich unterhalb des Zins gleiches wird natürlich für den spiegelbildlichen Bereich oberhalten hier sind die Fasern parallel zu den Fläche das Besondere hierbei ist dass ich hier eine Engstelle befindet die aufgrund der fließt dyname zu einer geringeren Situation führt der letzte Bereich der Bereich rechts unten zeigt aufgrund der frontal auftreffen ebenfalls eine parallele Ausrichtung zur PIN Fläche was bedeutet das nur für den elektrischen Kontakt zuerst der Bereich mit der Senkrechten wir erinnern uns die Fasern haben in diese Richtung die beste Leitfähigkeit das sieht man auch am Potenzial hier ist der Potential Unterschied Stelle das macht diesen Bereich Vorteil für seine kontaktieren der Bereich unterhalb viele dunkelblaue Bereiche das sind Bereiche bei denen kein Potenzial gemessen werden konnte weil die Fasern hier eben nicht ausreichend durch die geringe Konzentration um ein Netzwerk rauszuholen diese Seite ist unter diesen Umständen für eine elektrische Kontaktierung die parallele Ausrichtung rechts vom PIN zeigt auch einen deutlichen Farb und somit auch Potenzial unterschiedlich in der Kontaktstelle wie erwartet haben Fasern ja eine schlechte gewaltfähigkeit welche daher für eine gute Kontaktierung ungeeignet ist wobei wir erinnern uns aber dass die rechte Seite mit der geordnetenverteilung für den stromansporte Material aber effizienterweise chaotische linke Seite kann man sagen dass der geordnete Bereich ein effizienten Stromtransport ermöglicht Strom aber in dieser Form für eine elektrische Kontaktierung eher ungeeignet zuletzt noch ein kleiner Ausblick aktuell können wir die Kontaktstelle zweidimensional sehr gut beschreiben und unsere Modell wird derzeit auf das dreidimensionale übertragen letztendlich wollen wir den Kontakt Widerstand nicht nur bestimmen sondern auch vorher sagen können und wenn all diese Zusammenhänge verstanden sind kann der elektrische Kontaktwiderstand auch anwendungsspezifisch angepasst und optimiert werden und dann bieten sich viele spannende Möglichkeiten vielen Dank gut ja dann vielen Dank Frau Wiegel