Schaltbare Heatpipes

Mithilfe von Wärmeschaltern lassen sich Wärmeströme ein- und ausschalten oder regeln – ganz ähnlich, wie man es von elektrischen Schaltern kennt. Für die breite Anwendung – etwa zur Temperierung von Bauteilen in der Elektromobilität, der Batterietechnik oder im Maschinenbau – müssen die thermischen Schalter effizienter und kostengünstiger werden. Konventionelle Konzepte für Wärmeschalter sind mit einigen Nachteilen behaftet: Der Wärmewiderstand im leitenden »Ein«-Zustand ist hoch, die Schalter sind groß, oft komplex aufgebaut und beinhalten bewegliche Teile.

Schaltbare Heatpipes als Wärmeschalter

Fraunhofer IPM arbeitet gemeinsam mit weiteren 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 und versprechen deutlich höhere Wärmetransportfähigkeiten.

Zur Realisierung der schaltbaren Heatpipes verfolgen wir verschiedene Konzepte: So werden beispielsweise im Rahmen des »Fraunhofer-Exzellenz-Clusters Programmierbare Materialien CPM« sogenannte programmierbare Materialien in die Heatpipes integriert, die den thermischen Schalteffekt auslösen. Alternativ werden flache pulsierende Heatpipes (PHPs) mit zusätzlichen externen Elemente versehen, die eine Schalt- und Regelbarkeit ermöglichen.

Der auf diesen Konzepten basierende Schalteffekt wurde am Fraunhofer IPM bereits nachgewiesen und wird nun in anwendungsnahe Heatpipe-Formen wie die bekannte zylindrische Rohr-Heatpipe oder die flache pulsierende Heatpipe (PHP) umgesetzt.