Beitrag zur Beschreibung des Schirmverhaltens von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen in magnetischen Wechselfeldern automobiler induktiver Ladesysteme
Michael Hölzer
Vor dem Hintergrund der angestrebten Leichtbauziele ist in der Automobilindustrie ein stetiger Trend in Richtung Multi-Material-Bauweise zu verzeichnen, wobei neben konventionellen Metallwerkstoffen kohlenstoff- bzw. carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) Anwendung finden. Gleichzeitig gewinnen induktive Ladesysteme zunehmend an Bedeutung, welche in Bezug auf die fortschreitende Elektromobilität als eine der Schlüsseltechnologien angesehen werden. Die Fahrzeugintegration induktiver Systeme stellt zusätzliche Anforderungen an die Entwicklung. Im Zuge der Integration besteht das Erfordernis, elektromagnetische Wechselwirkungen mit umliegenden Strukturkomponenten, insbesondere Schirmungen des alternierenden Magnetfeldes, in frühen Entwicklungsphasen zu evaluieren. Hierzu bedarf es Kenntnisse über das Schirmverhalten der betreffenden Materialien. Ferner spielen elektromagnetische Feldsimulationen eine wichtige Rolle.
Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Beschreibung des Schirmverhaltens von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen in magnetischen Wechselfeldern automobiler induktiver Ladesysteme. Im Zuge experimenteller Betrachtungen wurden die richtungsabhängigen Leitfähigkeiten unterschiedlicher Laminataufbauten charakterisiert. Ausgehend von den Resultaten konnten Bewertungen der elektrischen Anisotropie, als maßgeblicher Einflussfaktor auf die Wirbelstrominduktion und die damit verbundene elektrodynamische Schirmung, getroffen werden. Weiterhin dienten die ermittelten Kennwerte als Basis zur Materialmodellierung im Kontext der elektromagnetischen Feldsimulation. Im Anschluss erfolgten experimentelle Untersuchungen des Verhaltens in typischen magnetischen Wechselfeldern mit dem Ziel, die Schirmwirkung sowie das thermische Strukturverhalten verschiedener CFK-Laminate gegenüberzustellen. Zudem fanden Vergleiche mit metallischen Werkstoffen Berücksichtigung, um die materialspezifischen Schirmeigenschaften zu kontrastieren.
