Basisparameter für den Beschichtungsprozess (PRISMA)

Status: abgeschlossen, 29.01.2019 - 31.10.2023

Die Verbreitung von Elektrofahrzeugen nimmt zu und ihr Marktanteil wächst schnell. Allerdings gibt es bei der Elektromobilität im Vergleich zu konventionellen Verbrennungsmotoren noch Einschränkungen hinsichtlich der Reichweite. Neben größeren Batteriekapazitäten können Verbesserungen durch einen höheren Wirkungsgrad und ein geringeres Fahrzeuggewicht erreicht werden.

Zu diesem Zweck forscht das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) im Verbundprojekt „Integratives Schichtheizmodul“ gemeinsam mit den Partnern

• Webasto Thermo & Comfort SE; Webasto Neubrandenburg GmbH
• Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
• Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Mecklenburg-Vorpommern GmbH

an technischen Lösungen für elektrische Fahrzeugheizungen. Kernstück ist ein Heizmodul, das dünne Schichtstrukturen zur Beheizung nutzt. Damit können die Hochspannungskomponenten in Elektrofahrzeugen effektiv in ihrem optimalen Betriebspunkt genutzt und gleichzeitig bewegte Masse eingespart werden. Die Einführung solcher Heizmodule bringt also sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile.

Entscheidend für die Qualität des Produkts ist die Herstellung von dünnen keramischen und metallischen Schichten. Diese werden mit Hilfe des Atmosphärendruck-Plasmaspritzens aufgebracht. Obwohl sich dieses Verfahren bereits seit Jahren in vielen Bereichen der Dünnschichttechnik bewährt hat, stellt sich bei der praktischen Anwendung in industriellen Fertigungsprozessen die Frage nach der Homogenität der zu erzielenden Schichtdicke, der Ausnutzung des Rohmaterials, den zu erzielenden Materialeigenschaften, der Prozessstabilität über die Zeit oder auch der Lebensdauer der Plasmabrenner.

Hier setzt das INP mit seiner langjährigen Expertise auf dem Gebiet der Plasmadiagnostik und Plasmatechnologie an. Mit optischen Methoden (Spektroskopie und Hochgeschwindigkeitsfotografie) werden die Plasmaeigenschaften der an der Produktion beteiligten Plasmaspritzanlagen charakterisiert und das Schichtwachstum visualisiert. Die experimentellen Ergebnisse werden durch numerische Simulationen ergänzt und zu einem fundierten Bild des Plasmaprozesses zusammengeführt.

Von der Prozessüberwachung bis hin zur gezielten Prozesssteuerung trägt das Projekt dazu bei, Produkte in gleichbleibend hoher Qualität zu erzeugen und den Fertigungsprozess durch eine Reduzierung des Wartungsaufwandes effektiver zu gestalten.