VACOTHERM

The recently developed thermoelectric materials VACOTHERM® are Hafnium (Hf-) free half-Heusler intermetallic compounds. There are two differently doped types of VACOTHERM: VACOTHERM n and VACOTHERM p are our n-type and p-type semiconducting thermo-electric materials. Both intermetallic compounds match perfectly in terms of thermal expansion coefficients, are stable at high temper-atures, most efficient above 300 °C and are characterized by a high mechanical strength.

VACOTHERM materials are used in thermoelectric generators (TEG) for direct conversion of heat into electricity. Their working mecha-nism is based on the Seebeck-effect: when placed in a temperature gradient, the materials generate a useable electric voltage.

Today, thermoelectric power generation gains importance in the context of direct conversion of thermal energy into electrical energy. Applications are exhaust energy recovery in automotive or heavy duty vehicles, waste heat recovery in industrial applications or im-proving efficiency in combined heat and power plants. The typical operating principle of a TEG is shown in fig. 1. The main advantages of this direct energy conversion are that no mechanical or chemical processes and no moving parts, liquids or gases are needed. The devices are robust, compact and maintenance free.

Fig. 1: Operating principle of thermoelectric generators (TEG)

electric currentgenerated in thethermoelectricmaterial

n-type p-type

cold side

hot side

VACdirekt Newsletter für Mitarbeiter der VACUUMSCHMELZE GmbH & Co. KG

7 / 2 0 1 8

Liebe Kolleginnen und Kollegen,

am „Vatertag“ hat sich unser internationales Managementteam getroffen, um ein Bündel an Aufgaben zu erledigen. In erster Linie ging es um das Erreichen unseres Budgets für dieses Jahr. Dazu haben wir an allen Standor-ten und in allen Bereichen nach Chancen und Risiken gesucht.Es freut mich zu sehen, welche Ideen unsere Kollegen der Aus-landsstandorte in die Diskussion einbringen. Wir sind gut beraten, zuzuhören und gemeinsam an den Lösungen zu arbeiten, denn die Kollegen im Ausland kennen ihre Märkte, Kunden und Prozesse sehr gut. Hier schlum-mert in der Zusammenarbeit auf Augenhöhe noch Potenzial, das wir nicht ungenutzt lassen dürfen. Wir im Managementteam nehmen das Thema Internati-onalisierung ernst. Es bedarf einerseits einheitlicher Prozesse und Standards, andererseits braucht es aber auch Platz für Spezialisierung und die Entwick-lung eigener Ideen.

In Sachen Planerreichung 2018 haben wir noch einige Klippen zu umschiffen. Dr. Eschen hat in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass auch das Budget im vergangenen Jahr zunächst unerreichbar schien und schließlich doch übertroffen worden ist. Packen wir es an!

Dr. Wolfgang Runge

KommunikationskulturVACmitarbeiter

Diese Richtung funktioniert schon recht gut und jeder Mitarbeiter kann über verschiedene Kanäle (Bildschir-me, Intranet, Aushänge, VACdirekt, VACumschau …) an für ihn relevante Informationen gelangen.

Mindestens genauso wichtig ist jedoch die Gegenrichtung der Informationsgewinnung von unten nach oben (englisch: bottom-up). Unser Management ist stark daran interessiert, welche Themen in den Reihen unserer Mitarbeiter an den Maschinen und in den Büros aktuell sind, welche Sorgen, Nöte, Fragen oder Anregungen Sie haben, was Sie

umtreibt. Auch hier sehen wir einen erfreulichen Trend und bekommen zunehmend offene und kritische Rückmeldungen – positiv wie negativ.

Ein konkretes Beispiel: Auf eine kri-tische Frage zu einem Beitrag in der letzten Ausgabe von VACdirekt hin hat Dr. Ralf Koch den Mitarbeiter zu einem persönlichen Gedankenaustausch eingeladen und das angesprochene Thema ausführlich direkt mit ihm diskutiert. Das zeigt uns, dass unsere Bemühungen, eine neue Kommu-nikationskultur im Unternehmen zu verankern, langsam Früchte tragen. Wir bedanken uns für alle bereits

eingegangenen Rückmeldungen und ermutigen Sie dazu, uns auf diesem Weg weiter zu unterstützen. Wir brauchen mehr davon und nur wenn unser Management weiß, wie es an der Basis aussieht, kann es gute Entscheidungen treffen!

Nutzen Sie also die Ihnen zur Verfügung stehenden Kanä-le, insbesondere die Runden Tische, und treiben den Dialog zwischen Unternehmen und Mitarbeitern voran!

– Matthias Marquardt

Über die vielfältigen Kanäle unserer internen Unternehmens- kommunikation haben wir bereits mehrfach berichtet. Mit Ausnahme der Runden Tische decken diese aber lediglich eine Richtung der Kommunikation ab, nämlich die der Informationsvermittlung von oben nach unten (englisch: top-down).

VACtrend

Er wird zum Beispiel bei der Tempe-raturmessung mit Thermoelementen eingesetzt. Eine weitere Anwendung sind thermoelektrische Generatoren (TEG). Damit kann man Wärme in Strom umwandeln. Ein TEG arbeitet emissions- und wartungsfrei, was den Einsatz in vielen Anwendungen erleichtert.

Die Möglichkeit, mittels eines TEG Abwärme zu nutzen, eröffnet der Technologie ein breites Anwen-dungsspektrum zur CO

2-Reduzierung

in der Energierückgewinnung in Kraftfahrzeugen, Industrieprozessen oder der Kraft-Wärme-Kopplung. Einer breiten Anwendung stand bisher die

Verfügbarkeit geeigneter Materialien entgegen, da diese nicht effizient waren oder aus seltenen oder giftigen Rohstoffen bestanden. In der VAC ist es gelungen, auf Basis von soge-nannten Halb-Heusler-Verbindungen neue thermoelektrische Materialien zu entwickeln.

Diese besitzen eine hohe Umwand-lungseffizienz und bestehen aus gut verfügbaren Rohstoffen. Sie zeichnen sich durch eine gute mechanische und thermische Stabilität aus, womit sie geeignet sind, der Technologie zum Durchbruch zu verhelfen. In ei-nem aktuellen Projekt wurden be-reits thermoelektrische Materialien

Bringt man die Enden eines Materials auf unterschiedliche Temperatur, so wird durch die Temperaturdifferenz eine Spannung erzeugt. Dies ist der „thermoelektrische Effekt“.

Thermoelektrik

definiert, welche für Bemusterungen und in einem vom BMWi geförderten Projekt in einem Kfz eingesetzt wer-den. Weiter verbesserte Materialien mit höherer Umwandlungseffizienz werden nach Abschluss des Projektes 2019 zur Verfügung stehen.

– Dr. Johannes Tenbrink

AdvAnced MAteriAls – the Key to Progress

therMoelectric MAteriAl used for direct conversion of heAt into electricity• ZTvaluesapprox.0.9@500°C• Hf-freeintermetalliccompounds,earthabundantrawmaterials• Matchingthermalexpansioncoefficientsforlowthermalstresses• Hightemperaturestability• Highmechanicalstrength

vAcotherM

ProPerties of VACotHerM n / p (typical values) @ room temperature

Property Unit VACotHerM n VACotHerM p

Seebeck-coefficient S µV / K -145 110

electric conductivity s S / cm 1350 3500

thermal conductivity k W / (m · K) 5.5 7.2

density r g / cm3 7.4 8.1

heat capacity cp J / (g · K) 0.31 0.29

MAteriAl ProPerties

The ability of a thermoelectric material to convert heat into electricity isexpressedbyitsfigureofmeritZT.

InordertorealizehighZT-values,thecombinationofahighSee-beck coefficient S with high electric conductivity s and low thermal conductivity k is necessary. This unique set of properties could be realizedinourVACOTHERMmaterials.WithZT-valuesof0.9@500°CVACOTHERM is tailored for optimum efficiency at higher tempera-tures, where conventional Bismuth-Telluride thermoelectric materials fail. This makes them ideal candidates for a broad variety of waste heat recovery applications. The typical figure ofmerit ZT for our VACOTHERM n and VACOTHERM p is shown in fig. 2.

S Seebeck coefficient

s electric conductivity

k thermal conductivity

T temperature

Fig.2:TypicalthermoelectricfigureofmeritZTforVACOTHERMn

and VACOTHERM p

Fig. 4: Typical electric conductivity of VACOTHERM n and VACOTHERM pFig. 3: Typical Seebeck-coefficients of VACOTHERM n and VACOTHERM p

0,1  0,2  0,3  0,4  0,5  0,6  0,7  0,8  0,9  1,0  

0   100   200   300   400   500  

ZT  

T  (°C)  

VACOTHERM  p  

VACOTHERM  n  

500  

500  

0  500  

1000  1500  2000  2500  3000  3500  4000  

0   100   200   300   400   500  

elec

tric  con

duc2

vity

 (S/c

m)  

T  (°C)  

VACOTHERM  p  

VACOTHERM  n  

-­‐250  -­‐200  -­‐150  -­‐100  -­‐50  0  50  100  150  200  250  

0   100   200   300   400   500  

Seebeck  (µV/K)  

T  (°C)  

VACOTHERM  p  

VACOTHERM  n  

electric  conducFvity  (S/cm)  

ZT=S2s k x T

vAcotherM

Fig.5:TypicalthermalconductivityofVACOTHERMnandVACOTHERMp

VACotHerM n

sn Ni Zr ti

49 25 12 14

VACotHerM p

sb fe Nb ti V

47 22 25 3 3

coMPosition in weight %

forMs of suPPlyStandard form of supply: small blocks, typically

1 - 2 mm per dimension

Optional coating of contact surfaces: nickel or gold available other coatings possible

on request

Other shapes and formats: custom-tailored geo metries possible on request

ZT  

0  1  2  3  4  5  6  7  8  

0   100   200   300   400   500  

ther

mal

 con

duc9

vity

 (W/m

K)  

T  (°C)  

VACOTHERM  p  

VACOTHERM  n  

Typical material properties such as Seebeck-coefficient, electric conductivity and thermal conductivity of VACOTHERM n and VACOTHERMpareshowninfig.3-5.

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AdvAnced MAteriAls – the Key to Progress

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