Neuartige Wechselrichter behalten einen kühlen Kopf

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Kühlende Kupferelmente aus dem 3D-Drucker

Außer den optimierten Materialien beschäftigten sich die Forscher auch mit der effizienteren Kühlung der einzelnen Bauteile. Je besser die Kühlwirkung, desto weniger teures Halbleitermaterial wird benötigt, weil die Anordnung der Chips enger werden kann, wie es dazu heißt. Das Ziel ist es, sowohl eine hohe thermische Integration der verschiedenen Halbleiterelemente, als auch der passiven Bauteile (Kondensatoren und Kupferleiter) zu erreichen. Dazu werden die temperaturkritischen Komponenten über Silbersinterverbindungen direkt an das Kühlsystem angeschlossen und bestmöglich thermisch integriert, heißt es weiter. Durch eine parallele Anordnung erreiche die Kühlflüssigkeit alle Kühlkörper und angeschlossene Halbleiterelemente gleichzeitig – die Wärme werde so gleichmäßiger abgeführt. Zur Herstellung der Kühlelemente wird außerdem zum ersten Mal Kupfer in einem 3D-Druckverfahren angewendet. So kann die von Haus aus hervorragende Wärmeleitfähigkeit von Kupfer mit der vollen Flexibilität des 3D-Druckens kombiniert werden, anstatt Kühlkörper aus Aluminium zu verwenden. Im Vergleich zu CNC-Fräsverfahren erlaubt der 3D-Druck eine große Freiheit bezüglich der Gestaltung des Kühlkanals und so die optimale Ausnutzung des knappen Bauraums.

Elektrofahrzeuge ressourcenschonender bauen

Außer den Fortschritten bei Material und Produktionsprozessen konnten die Wissenschaftler für den Prototypen auch die Modularität der einzelnen Bauelemente erhöhen. Basierte das im Vorläuferprojekt angedachte Konzept noch auf einer Idee, bei der alle Komponenten fest miteinander verbunden sind, können die Elemente des Wechselrichters nun als Teilmodule leichter ausgetauscht und repariert werden. In der Folge können Elektrofahrzeuge so noch ressourcenschonender produziert und auch länger genutzt werden. Speziell in einer ressourcenkritischen Branche wie der Automobilindustrie, sind geringe Materialkosten schließlich ein wichtiger Faktor, um die Energiewende mit wenig monetärem Aufwand bestreiten zu können. Nach einer Simulationsphase befindet sich der Prototyp aktuell im Aufbau und soll schließlich bei der Porsche AG einen umfangreichen Prüfprozess durchlaufen, um eines Tages auch Wege in die Serienproduktion zu finden.

Das Projekt Dauerpower wurde 2021 erfolgreich gestartet und erhielt unter der Kennziffer 19I21023C eine Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz in Höhe von 1,2 Mio. Euro. Weitere Projektpartner neben dem Fraunhofer IZM sind die Porsche AG sowie die Robert Bosch GmbH.

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Stand: 08.12.2025

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