Die Zukunft wird elektrisch – Wandler zwischen DC und AC werden zu Schlüsselelementen dieser Zukunft

Denn trotz der Problematik, dass man elektrische Energie nur schwer (und derzeit noch teuer) speichern kann, sind die Vorteile überwältigend. Strom lässt sich sehr fein regeln, lässt sich über weite Distanzen verlustarm transportieren, kann von pA bis kA zur Verfügung gestellt werden und ist nahezu überall verfügbar.

Die in Deutschland verbrauchte Primärenergie teilt sich zu etwa gleichen Anteilen auf in den industriellen Energiebedarf, die privaten Haushalte und den Verkehr. Dabei verbraucht die Industrie die Energie überwiegend für die Prozesswärme. In Haushalten wird der größte Teil der Energie für Raumwärme aufgewandt sowie zunehmend zur Kühlung. Und im Verkehr wird nahezu 100% des Energieverbrauchs für den Antrieb der Fahrzeuge eingesetzt.

Primärenergie (Wärme, Elektrizität) wird heute noch nahezu ausschließlich aus Kohle, Erdöl und Erdgas gewonnen. Auch die gesamte Basislast-Versorgung an elektrischen Strom wird entweder durch Kohle und Erdöl erzeugt oder in Kernkraftwerken, die jedoch in Deutschland eine überschaubare Restlaufzeit haben.

Um die Erderwärmung zu begrenzen wird vor allem der Anteil der elektrisch verwendeten Primärenergie zunehmend durch regenerative Quellen ersetzt werden müssen. Dass dies heute schon möglich ist, zeigen vor allem Hunderttausende von Haushalten, die bereits über Solaranlagen und elektrische Energiespeicher verfügen. So können zum Beispiel mit Hilfe von elektrisch betriebenen Wärmepumpen sehr effizient die Energieträger Erdöl und Erdgas zur Wärmeerzeugung substituiert werden.

Regenerative Energie wird in Norwegen nahezu ausschließlich aus Wasserkraft gewonnen. Ein Szenario, das im dichtbesiedelten Deutschland unmöglich zu realisieren ist. Hierzulande ist es eher der Energiemix aus Solarer Energie, Windkraft, Biomasse und einer großen Anzahl größere und kleinerer Wasserkraftwerke.

Fast allen Quellen erneuerbarer Energie eigen ist der Umstand, dass der produzierte elektrische Strom zunächst gleichgerichtet wird, um ihn dann frequenzmäßig (50Hz) ans Netz angepasst einspeisen zu können. Dem gegenüber steht eine immer größere Anzahl gleichstrombetriebener Energieabnehmer.

DC/DC und DC/AC Wandler werden Schlüsselkomponenten im Strom-Mix

Möchte man Gleichstrom oder nicht netzfrequenz-konformen Wechselspannungen einspeisen, benötigt man sogenannte Wandler (Umrichter, Wechselrichter, Schaltnetzteile, Spannungsumrichter). Diese Wandler setzen DC in AC und passen dabei auch Spannungsniveaus an. Besonders bidirektionalen Wandlern kommt eine bedeutende Rolle bei der Speicherung und Rückspeisung von elektrischer Energie aus Batterien (DC/AC und AC/DC Wandler) zu.

Die Anzahl von solchen elektronischen Spannungswandlern wird in den nächsten Jahren sprunghaft zunehmen. Vor allem, wenn sich die Idee durchsetzen sollte, das neben den traditionellen Hochspannungsverteilnetzen ein MVDC oder LVDC-Stromnetz eingesetzt wird. Mit Wirkungsgraden bis zu 99% sind gerade die DC/DC Wandler enorm effizient, so dass z.B. Verluste beim Umsetzen vom Mittelspannungs-Verteilnetz auf das lokale Niederspannungs-Gleichstromnetz minimiert werden können. Größere Industrieanlagen, kommunale Einrichtungen wie Krankenhäuser, ganze Rechenzentren oder Wohnblocks mit Solaranlagen-Technik (Stichwort Gebäudeautomation) könnten so direkt mit einer Gleichspannungsschiene von z.B. 380 VDC versorgt werden. Zum Beispiel Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV`s) ließen sich auf diese Weise leicht integrieren und tatsächlich unterbrechungsfrei zuschalten.

Da viele elektrische Geräte intern mit Gleichspannung arbeiten, entfielen viele verlustbehaftete Transformationen von Wechselspannung zu Gleichspannung. Man denke nur an Rechenzentren mit Hunderten individueller AC/DC Netzteilen. Ganz allgemein geht man von Energieeinsparungen von mind. 10-15% aus.

Doch auch ohne diese Gleichstrom-Spannungsebene in einem noch zu schaffenden regionalen Verteilnetz (Smart-Grid; Micro-Grids) werden zunehmend DC/DC Wandler benötigt. In Mild-Hybrid-Fahrzeugen werden zunehmend 48 VDC eingesetzt. Dieses Spannungsniveau fällt noch unter die Kleinspannungsregelung, erlaubt jedoch bereits mittlere Leistungen ohne zu große Leitungsquerschnitte (Gewicht). Auch bei Vollelektrischen Fahrzeugen mit Hochvoltbatterie wird es Komponenten geben, die mit der wesentlich weniger kritischen Kleinspannung von 48 VDC betrieben werden (z.B. Klimaanlage, Assistenzsysteme).

Ein weiterer Einsatzbereich von DC/DC-Wandlern werden die in immer mehr Haushalten installierten Solaranlagen mit Energiespeicher. Tagsüber wird der produzierte Strom in die Batterie eingespeist und in Zeiten mit geringer Quellleistung (z.B. nachts) wird die gespeicherte Energie wieder abgegeben – in beiden Fällen sorgen Wandler für die richtige Spannungsanpassung.

Isolationsfolien und Klebebänder für DC/DC-Wandler

CMC Klebetechnik liefert für solche elektronischen Wandler

  • Isolationsfolie, auch gefiedert als Zwischenlagenisolation oder Abschlußisolation in den Wärmeklassen B, F und H
  • Stanzteile aus flammhemmenden Folien als Isolation zwischen Bauteilen und Platine
  • Gut falzbare, flammhemmende Folien als Gehäusebestandteil (Flammbarriere)
  • Wärmeleitende Produkte zum Ableiten von Verlustwärme (z.B. Gapfiller, Silikonfolien, Kapton® MT/MT+
  • Technische Klebebänder für Isolation, Abdichtung und Befestigung
  • Formstanzteile, z.B. zu Isolation zwischen Gehäuse und Elektronik

PEN-Klebebänder für kostengünstige und dennoch wärmebeständige Isolationen

Die früher häufig eingesetzten 50 Hz Transformatoren wären bei heutigen Leistungsanforderungen in vielen Fällen zu groß. Über eine höhere Taktfrequenz bis zu einigen zig Kilohertz lässt sich das magnetische Bauteil „Transformator“ deutlich verkleinern. Mit modernen elektronischen Schaltern aus Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) kann die Frequenz nochmals erhöht werden. Dennoch sind der Miniaturisierung Grenzen gesetzt. Immer kleinere Bauformen bedeuten eine immer höhere Energiedichte und damit Erwärmungsprobleme.

Neben der Möglichkeit, mit einer aktiven Kühlung die Entwärmung zu verbessern, kann auch der Einsatz höherwertiger Bauteile und Isolationen eine Möglichkeit darstellen, einen zuverlässigen Betrieb zu sichern.

CMC Klebetechnik hat neben den üblichen Polyester-Klebebändern der Wärmeklasse B (130°C Dauerbetriebstemperatur, z.B. CMC 10260) auch Klebebänder für 155°C (Klasse F) und 180°C (Klasse H) im Programm. Da die Wärmealterung eine der Größen ist, die am stärksten die Isolationsfähigkeit begrenzt, kann man mit Isolationsklebebändern einer höheren Wärmeklasse eine längere sichere Betriebsdauer bewerkstelligen.

Für die Wärmeklasse H (180°C) setzt CMC Klebetechnik die Polyimid-Folie Kapton® HN von DuPont ein. Diese Hochleistungsfolie ist extrem widerstandsfähig und hoch belastbar. In Verbindung mit einem Polysiloxankleber sogar bis 350°C.

Wesentliche Isolationsfolie für die Wärmeklasse F (155°C Dauergebrauchstemperatur) ist TEONEX® von Teijin. Diese Polynaphtalat-Folie (PEN) hat eine deutlich verbesserte Wärmestandfestigkeit gegenüber PET bei weiterhin sehr guten elektrischen Werten für Oberflächenwiderstand und Spannungsfestigkeit.

Die Produkte CMC 61100 und CMC 61200 liegen also zwischen der für elektronische Baugruppen recht hohen Wärmeklasse H und der in vielen Fällen nicht mehr ausreichenden Wärmeklasse B. Sie schließen auch die Preislücke zwischen den günstigen PET-Klebebändern und den relativ preisintensiven Kapton®-Klebebändern (z.B. CMC 70100). Es ist daher nicht mehr notwendig, bei Anforderungen oberhalb der Wärmeklass B (Polyesterfolien) gleich auf Polyimidfolien (Kapton®) zurückgreifen zu müssen. TEONEX®-Isolationfolien und daraus hergestellte PEN-Klebebänder sind daher ideal für den Einsatz in temperaturbelasteten, hochkompakten Baugruppen.

Über die CMC Klebetechnik GmbH

Die CMC Klebetechnik beschichtet seit fünf Jahrzehnten folienartige Materialien mit Klebstoff- und Funktionsbeschichtungen. Auf zwei Beschichtungsanlagen und über 30 Anlagen zur Folienverarbeitung(Formatierer, Stanzanlagen, Rollenschneider) werden hochwertige Folien verarbeitet. Diese werden überwiegend in der Elektrotechnik als Isolationsmaterial eingesetzt, finden aber auch in nahezu allen anderen Industriebereichen Anwendung. Eine große Stärke des Unternehmens ist die Möglichkeit, kundenspezifische Entwicklungen durchzuführen und bedarfsgerecht auch kleinere Chargengrößen anbieten zu können.

1958 Gründung der CMC Klebetechnik GmbH
Zunächst wurde bei dem Tochterunternehmen Colorit GmbH Kohlepapier hergestellt und durch die CMC Klebetechnik vertrieben.
Doch schon bald ergab sich durch die Zusammenarbeit mit der Firma DuPont die Aufgabe, Elektroisolierfolien selbstklebend auszurüsten.
Seit 1962 werden Gewebe, Vliese und Folien beschichtet und danach weiter veredelt.
1995 ISO 9011 Qualitätsmanagement Erstzertifizierung
2001 ISO 14001 Umweltmanagement Erstzertifizierung
2004 Installation einer neuen Beschichtungsanlage für Dispersions- und Lösemittelbeschichtung inklusiv Regenerativer Nachverbrennung
2010 Inbetriebnahme einer Versuchsbeschichtungsanlage in 300mm Breite
2012 Einbindung der Firma CMC Maschinenbau GmbH in den Firmenverbund. Hauptprodukt: Schneid- und Stanzmaschinen für Folienverarbeiter
2016 Fusion der Unternehmen Colorit GmbH (Produktionsgesellschaft) mit der CMC Klebetechnik GmbH (Vertriebsorganisation) zu einem Gesamtunternehmen.

Als kleinerer Mittelständler (100 Mitarbeiter) stand nie die Massenproduktion im Vordergrund, sondern stets die auf die Kunden zugeschnittenen Lösungen. Heute erwirtschaftet das Unternehmen deutlich über 50% des Umsatzes durch Produkte, die nur von einem oder wenigen Kunden gekauft werden. Durch die starke Nischenorientierung gibt es eine Vielzahl unterschiedlichster Rezepturen und Anwendungsprofile. Durch dieses breite Fachwissen hat die Anzahl von Lohnbeschichtungen (der Kunde stellt Trägermaterial und/oder Beschichtungsmasse bei) in den letzten Jahren deutlich zugenommen.

Am Standort in Frankenthal / Pfalz arbeiten rund 100 Mitarbeiter in der inhabergeführten CMC-Gruppe (Umsatz > 35 Mio €). Zur CMC Gruppe gehören neben der CMC Klebetechnik die Coloprint Tech-Films GmbH & Co. KG (technische Folien, Stanzteile), die CMC Maschinenbau (Stanz- und Schneidanlagen) und die CMC B+V GmbH (Holding). Weitere Standorte und Unternehmen gibt es in Düsseldorf und in Limburgerhof. Mehr Informationen unter www.cmc.de

Über die Zusendung eines Belegexemplars/Links wären wir dankbar.

English
For five decades CMC has been coating foil-like materials with adhesive and functional coatings. 150 employees are refining premium films on two coating facilities and over 30 downstream facilities (formatting machines, die-cutting machines, rotative cutting machines). These insulation materials are mainly used in electrical engineering but also across a broad range of industries. The company focuses on the implementation of customer-specific developments as well as professional advice. For more information please visit : www.cmc.de

Firmenkontakt und Herausgeber der Meldung:

CMC Klebetechnik GmbH
Rudolf-Diesel-Straße 4
67227 Frankenthal
Telefon: +49 (6233) 872-300
Telefax: +49 (6233) 872-390
http://www.cmc.de

Ansprechpartner:
Gerald Friederici
Prokurist
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E-Mail: friederici@cmc.de
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