NEUE THERMISCHE METAPLATTFORM

PARADIGMENWECHSEL FÜR KÜHLEN, HEIZEN, SPECHERN UND VERDAMPFEN.

Staatlich und industriell validiert. Mehrere Patentanmeldungen.

DAS LIMIT DER OUTSIDER-TECHNOLOGIEN.

Ob Kühlung, Heizung, Wärmespeicherung oder Verdampfung: Komponenten mit klassischen Geometrien – wie Fins, Pins oder Lattices / TPMS – folgen alle demselben Prinzip. Das Material gibt die Form vor, das Fluid wirkt lediglich an der äußeren Oberfläche (outside). Dieser Ansatz wurde jahrzehntelang optimiert und ist heute in der gesamten Thermodynamik physikalisch ausgereizt. Die Folge: mehrere CAD/CFD-Iterationen für marginale Verbesserungen, mühsam validiert an einer Handvoll Prototypen.

DIE GRENZÖFFNUNG DURCH INSIDER-TECHNOLOGIE.

Eine neuartige, offenporige PORECOOL-Materialtopologie invertiert die Outsider-Systemlogik: Das Medium strömt barrierefrei durch das Material (inside) – isotrop in mindestens sechs Raumrichtungen. Damit grenzt sie sich fundamental (thermisch, mechanisch, fluidisch, akustisch und technologisch) von allen bekannten Strukturen im Wärmemanagement ab. Werkstoffe wie Aluminium, Kupfer, Stahl, Titan, Kunststoff oder Keramik erhalten dadurch völlig neue multifunktionale Eigenschaften. Das eröffnet neue Wärmeübertragungsphänomene und zwei Wege für das Thermomanagement: die radikale Optimierung bestehender Komponenten oder das völlige Neudenken durch konsequente Funktionsintegration. Die fertigungstechnische Umsetzung ist im 3D-Druck – bei Aluminium zusätzlich im industriellen Kokillenguss – wirtschaftlich realisierbar. Das Ergebnis: innovativere Produkte, die den neuen Benchmark bei Funktion, Bauraum, Gewicht, Entwicklungszeit und Kosten definieren

DIE THERMISCHE METAPLATTFORM.

Multifunktional. Multistrukturell. Multimaterial. Durch die anwendungsspezifische Symbiose von Werkstoff, Topologie und Fertigungsverfahren entsteht eine universelle Metaplattform für das Wärmemanagement. Sie bildet das Fundament für zukunftsweisende Systemlösungen, die sich durch überlegene thermische, mechanische und fluidische Eigenschaften auszeichnen.

200%*

HÖHERE KÜHLLEISTUNGSDICHTE

70%*

WENIGER VOLUMEN

70%*

WENIGER GEWICHT

65%*

WENIGER PLATZBEDARF

900%*

GRÖSSERE AKTIVE OBERFLÄCHE

60%*

BESSERER WÄRMEÜBERGANG

70%*

SCHNELLERE ENTWICKLUNG

50%*

GÜNSTIGERE ENTWICKLUNG

3.000%*

MEHR DIGITALE PROTOTYPEN

* Anwendungsspezifisch

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WARUM OUTSIDER-TECHNOLOGIEN AN IHRE GRENZEN STOSSEN.

DAS PROBLEM MIT HERKÖMMLICHEN KÜHLKÖRPERN

KONVENTIONELLE THERMISCHE SYSTEME SIND KONSTRUKTIVE KOMPORIMISSE.

Ihre Geometrie wird vom Fertigungsverfahren diktiert, nicht vom thermodynamischen Optimum. Wärmeleitung, Wärmespreizung und konvektiver Wärmeübergang konkurrieren, statt zu kooperieren.

Die Folgen: komplexe Geometrien, dicke Bodenplatten, lange Wärmeketten, begrenzte Wärmeübergangskoeffizienten, immer größere Massenströme, stärkere und lautere Lüfter sowie steigendes Gewicht und Baugröße der Komponenten – bei einer Leistung, die weit unter dem physikalisch Möglichen bleibt.

Nach jahrzehntelanger Optimierung bestätigt die Industrie: Die Grenzen dieser Architektur sind erreicht.

DIE INSIDER-TECHNOLOGIE. WIE SIE FUNKTIONIERT.

RADIKAL NEUE MATERIALSTRUKTUR UND WIRKPRINZIP.

Die patentangemeldete PORECOOL Sanduhr-Materialtopologie ersetzt konventionelle Fins, Pins, Metallschäume sowie Lattice- und TPMS-Strukturen durch eine völlig neue Strömungsmechanik.

Beim klassischen Outsider-Prinzip berührt das Fluid die Materialoberfläche nur flüchtig. Staudruck, Strömungsabrisse, isolierende Niederdruckbereiche und immer dickere thermische Grenzschichten verschlechtern den Wärmeübergangskoeffizienten. Die physikalische Konsequenz: Um das Defizit auszugleichen, erfordert das System größere Oberflächen durch ausladende Geometrien sowie dicke Bodenplatten zur Zwischenspeicherung der Wärme. Die Folge: mehr Platzbedarf, überflüssiges Gewicht und ein ineffizient hoher Massenstrombedarf.

Beim Insider-Prinzip teilt sich das Fluid im Materialinneren in tausende quasi mikroverkapselte, mikropulsierende Strömungen auf, die barrierefrei in mindestens sechs Raumrichtungen fließen. Thermische Grenzschichten werden minimiert, während Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung staufrei kooperieren. Da die Mikrostruktur die thermische Leistung intrinsisch liefert, genügen simple, kompakte, leichte Komponenten.

Auch der Entwicklungsprozess wird transformiert: Ein PORECOOL-Simulationsmodell evaluiert tausende Varianten KI-gestützt ohne CAD/CFD-Schleifen in Tagen statt Monaten. Das Ergebnis sind thermisch optimale, zielführende Systemkonfigurationen für finale Tests, die oft direkt als MVP geeignet sind. Dabei lassen sich Zielparameter wie Porosität, spezifische Oberfläche, Druckverlust, Permeabilität, Tortuosität und Porengröße exakt auf den jeweiligen thermischen Anwendungsfall einstellen – von der klassischen Luftkühlung bis hin zur hochgradig effizienten Zweiphasenkühlung.

DAS REFERENZPROJEKT.

KÜHLSYSTEME AUS ALUMINIUMSCHAUM HERAUSFORDERUNG Ein Hersteller von elektronischen Leistungsverstärkern verwendet zur Elektronikkühlung herkömmliche Aluminiumprofil-Kühlsysteme, die etwa 30 % des Gerätegewichts ausmachen. Zunehmende Verlustleistung neuer Gerätegenerationen erfordert noch größere Kühlsysteme. Dies erschwert die Systemgestaltung, erhöht das Gewicht, Lager-, Versand- und Montagekosten. Ziel ist es, leichtere und kompaktere Kühlsysteme zu entwickeln, die dennoch eine effiziente Wärmeableitung gewährleisten.

Für einen Hersteller von Leistungsverstärkern wurde ein herkömmlicher Profilkühlkörper durch ein PORECOOL-System ersetzt, um bei identischer Kühlleistung Bauraum und Gewicht einzusparen. Die Ergebnisse im Überblick:

ParameterProfilkühlkörperPORECOOL KühlkörperPORECOOL Vorteil
Bauraum, (cm3)2.303819– 64%
Gewicht, (kg)3,561,1– 69%
Spez. Oberfläche (m2/m3)391760 (bis 12.000)+ 94%
Absolute Oberfläche* (m2)0,90,65– 28%
Wärmewiderstand Rth0,1470,149
Leistungsdichte flächenbezogen (W/cm2)1,4131,413
Leistungsdichte volumetrisch (W/cm3)0,220,61+ 177%
Leistungsdichte gravitativ (W/kg)140455+ 225%
* Hinweis: Die geringere absolute Oberfläche wurde durch besseren Wärmeübergangskoeffizient kompensiert.

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DIE EVOLUTION.

Das Fundament bildet eine langjährige Industrieexpertise im offenporigen Aluminiumguss. Hieraus entstanden bereits erfolgreiche Produkte für Hydraulik, Pneumatik, Vakuumtechnik und Leichtbau, die sich heute bei über 400 Kunden in 12 Ländern bewähren – und mit dem branchenübergreifenden Leichtbaupreis des Landes Baden-Württemberg als „Innovation des Jahres 2022“ ausgezeichnet wurden.

Auf dieser validierten Basis vollziehen sich nun zwei entscheidende Evolutionssprünge: Zunächst die konsequente technologische Weiterentwicklung zu hochintegrierten thermischen Systemen. Im zweiten Schritt folgt nun die vollständige Digitalisierung, Parametrisierung und Erweiterung dieser einzigartigen Materialstruktur. Durch die Übertragung auf alle industriell relevanten 3D-Druck-Werkstoffe entsteht aus einem ausgezeichneten physischen Material die erste universelle, digital auslegbare Metaplattform für viele neue Anwendungen.

VALIDIERT VON TECHNOLOGIEFÜHRERN.

Revolutionär

Das ist die erste echte Revolution in der Elektronikkühlung seit Jahrzehnten.
N.N.
Fachkonferenz Elektronikkühlung

Essenziell

Ihre Kühlkörper sind essenziell für unsere neue Produktplattform.
Dr. M. H.
CEO, Hersteller Leistungselektronik

Strategisch

Wir sehen eine Chance für unsere Produkte strategisch neue Märkte zu erschließen. Lassen Sie uns Prototypen herstellen.
A. H.
CTO, Hersteller Wärmetauscher

Vielversprechend

Wir haben die Tests abgeschlossen. Die Ergebnisse sind vielversprechend. Lassen Sie uns über die Serienlösung reden.
M.E.
F&E, Hersteller Leistungselektronik

Zweifellos

Ich habe keine Zweifel, dass wir es mit dieser Technologie hinbekommen die Kühlleistung zu steigern.
T.P.
CTO Hersteller LED Systeme

OUTSIDER- ODER INSIDER-ZUKUNFT?

DIE OUTSIDER-ZUKUNFT.

  • Stagnierende Effizienz: Thermische Komponenten werden größer und schwerer, liefern aber kaum mehr Leistung.
  • Ressourcenverlust: CAD/CFD-Schleifen fressen F&E-Zeit, prüfen beschränkte Varianz und treiben die Entwicklungskosten in die Höhe.
  • Entwicklungsstopp: Ausgereizte physikalische Systemgrenzen blockieren die nächste Produktgeneration.
  • Konstruktionsdruck: Sinkender Bauraum trifft auf steigende Verlustleistung bei schwindenden Designoptionen.
  • Sackgassen: Konventionelle Metallschäume oder Sintermetalle wurden bereits erfolglos getestet und verworfen.
  • Die 3D-Druck-Falle (Lattices/TPMS): Liefern zwar mehr Leistung, basieren aber auf dem gleichen Outsider-Prinzip: Sie benötigen schwere Böden sowie massive Rippenbereiche und bleiben groß, schwer und extrem teuer in der Fertigung.

Die INSIDER-ZUKUNFT.

  • Grenzen verschieben: Systeme realisieren, die mit klassischen Geometrien physikalisch unmöglich waren.
  • Digitale Abkürzung: Entwicklungszyklen durch KI-gestützte Vorauslegung radikal verkürzen, tausende Varianten absichern und iterative Prototypenschleifen minimieren.
  • Designfreiheit: Thermische Anforderungen als kreativen Spielraum nutzen, statt sie als Einschränkung zu verwalten.
  • Zukunftssichere Plattform: Materialbasierte Systemauslegung und KI-Datenanalysen für maßgeschneiderte, reproduzierbare Materialarchitekturen nutzen.
  • Marktvorsprung: Einen technologischen Vorsprung etablieren.
  • Hocheffizienter 3D-Druck: Das Insider-Prinzip eliminiert schwere Böden und Rippen. Das bedeutet ca. 70 % weniger Materialeinsatz (bei Alu), ultrakompakte Bauteile, schnellere Druckzeiten, maximaler Maschinendurchsatz und sinkende Stückkosten.

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EINE METAPLATTFORM, VIELE LÖSUNGEN.

Einsatzspektrum: Leistungselektronik, CPU-/GPU-Kühlung, Hochleistungs-LEDs, 19″-Einschübe und komplexe Serversysteme.
Deutliche Bauraumreduktion: Die extrem große innere Oberfläche spart bis zu 70 % Bauraum und Gewicht. Die thermische Leistung bleibt identisch oder steigt. Ausladende Geometrien herkömmlicher Extrusionsprofile entfallen.
Strukturelle Überlegenheit: In der Leichtbau-Sandwich-Bauweise (z. B. für 19″-Racks) steigt die mechanische Steifigkeit um bis zu 800 %. Im selben Bauraum verdreifacht sich gleichzeitig die Kühlleistung.
Multifunktionale Integration: Thermik und Mechanik verschmelzen. Tragende Strukturen und Gehäuse übernehmen intrinsisch die Hochleistungskühlung.
Geometrische Unabhängigkeit: Die Form folgt dem Gerät, nicht der Thermodynamik. Die multidirektionale Durchströmung erlaubt radikal neue, bauraumoptimierte Lüfteranordnungen.
Skalierbare Systemarchitektur: Die Basisarchitektur ist nahtlos skalierbar. Bei steigender Wärmedichte wird das System flexibel mit Heatpipes oder Flüssigkeitskühlung hybridisiert.
Minimierte Schallemission: Die poröse 3D-Matrix bricht den Luftstrom. Strömungsinduzierte Turbulenzen werden minimiert. Die aeroakustischen Emissionen sinken drastisch für einen deutlich leiseren Betrieb.
Intrinsische EMV-Abschirmung: Die Metallmatrix wirkt als physikalischer Faraday-Käfig. Sie schirmt sensible Elektronik effektiv ab. Zusätzliche Bauteile zur Entstörung entfallen.
Integration von PCM-Wärmespeichern: Die offene Struktur lässt sich ideal mit Phase Change Materials (PCM) infiltrieren. Das puffert thermische Lastspitzen hocheffizient. Bauteile bleiben auch bei transienten Leistungsanforderungen zuverlässig geschützt.

Deutliche Bauraumreduktion: Die große innere Oberfläche der 3D-Matrix begünstigt einen schnellen Wärmeübergang. Dadurch lässt sich bei vergleichbarer Leistung eine wesentlich kompaktere Bauform realisieren.
Gesteigerte Effizienz (Minimierter Druckverlust): Die durchlässige Struktur reduziert den Strömungswiderstand spürbar. Dies trägt dazu bei, den Energiebedarf der nachgelagerten Verdichter und Pumpen im Systembetrieb zu senken.
Hohe Prozessstabilität: Die homogene Mikroverdampfung unterstützt eine zuverlässige CO₂-Überhitzung. Das System reagiert tolerant auf schwankende Dampfgehalte und sorgt für einen schonenden Verdichterbetrieb.
Funktionale Zonen-Trennung: Verdampfungs- und Überhitzungsbereich sind konstruktiv getrennt ausgelegt. Dies stellt sicher, dass der Dampf vor Eintritt in den Verdichter ausreichend getrocknet wird, während die Verdampfungszone effizient arbeitet.
Reduzierte Komplexität: Aufwändige Geometrien herkömmlicher Wärmeübertrager können entfallen. Die thermische Funktion wird maßgeblich durch die wartungsarme Matrix innerhalb einer übersichtlichen Basisgeometrie erfüllt.

Einsatzspektrum: Batterietemperierung (E-Mobilität), High-Power-Charging-Infrastruktur, industrielle Abwärmerückgewinnung, Rechenzentren und Avionik. Maßgeschneidert für maximale Wärmeeffizienz, Peak-Shaving und signifikante CO₂-Reduktion.
Erhöhte Zyklusdynamik: Das Phasenwechselmaterial (PCM) durchdringt die Poren der Metallmatrix. Diese dreidimensionale thermische Anbindung beschleunigt die Lade- und Entladezyklen drastisch.
Flexible Infiltration: Das PCM lässt sich flexibel mit Matrix-Werkstoffen wie Aluminium, Kupfer oder Edelstahl kombinieren. Dieses Multimaterialsystem passt sich exakt den spezifischen Rahmenbedingungen an.
Thermische Spitzenlastpufferung: Das System fungiert als mechanisch integrierte thermische Sicherung. Das PCM speichert kurzfristige Leistungsspitzen direkt zwischen. Kritisches Überhitzen oder Leistungsdrosselung (Throttling) entfällt.
Gewichts- und Bauraumoptimierung: Das spezifische Gewicht der porösen Aluminiumstrukturen entspricht dem von Kunststoff. Die werkzeuglose Formgebung erlaubt die nahtlose Integration in geometrisch stark limitierte Bauräume.
Effizientes Abwärmemanagement: Die Struktur nimmt thermische Verlustleistung (z. B. bei passiv gekühlten Hochleistungs-LEDs) direkt auf. Die Wärme wird sicher gepuffert, thermisch kontrolliert und zeitversetzt an die Umgebung abgegeben.

Einsatzspektrum: Kunststoffgehäuse für leichte, kompakte Geräte mit wärmegenerierender Elektronik sowie anwendungsübergreifende Hybridteile.

Lokale Hotspot-Kühlung: Eine in den Kunststoff eingebettete Metallmatrix vervielfacht die lokale Wärmeleitfähigkeit. Leistungselektronik wird dadurch punktgenau und hocheffizient entwärmt.

Widerstandsarme Wärmeableitung: Ausführung mit metallischem Direktkontakt leitet die Wärme mit minimalem thermischen Widerstand nach außen. Die Matrix ist dabei absolut mediendicht – bis zur Heliumdichtigkeit – im Kunststoff integriert.

Sichere elektrische Isolation: Ausführung mit einer dünnen Kunststoffschicht garantiert die volle elektrische Durchschlagsfestigkeit. Die eingebettete Metallmatrix übernimmt parallel die großflächige Wärmespreizung innerhalb des Gehäuses.

Skalierbare Serienfertigung: Die Hybridstrukturen sind direkt in etablierte industrielle Prozesse integrierbar. Spritzguss, Thermoforming, Blasformen, RTM oder Schäumen lassen sich ohne Systembruch nutzen.

Maximale Funktionsintegration: Ein einziges Bauteil bündelt aktives Thermomanagement und mechanische Aussteifung. Akustische Dämpfung sowie Flamm- und Explosionsschutz sind intrinsisch integriert.

ALUMINIUMSCHAUM FÜR KÜHLSYSTEME UND WÄRMESPEICHER Die Kühlkörper aus offenzelligem gegossenem Aluminiumschaum unterscheiden sich wesentlich von konventionellen Kühlkörpern mit Rippen, Lamellen und Stiften, offenporigen Aluminiumschäumen sowie generativ gefertigten TPMS-Strukturen. Ihre neuartige, multimodale Porenmorphologie kann mit anderen Technologien nicht hergestellt werden. Viele neue Eigenschaften ermöglichen Entwicklung unkonventioneller Lösungen im Wärmemanagement mit neuen technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Potenzialen.

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EXPERTISE, DIE MASSSTÄBE SETZT.

METAKER TECHNOLOGIE

Vom Land Baden-Württemberg mit dem Leichtbaupreis ausgezeichnet. Oberflächentechnologie für Multimaterial- und Leichtbausysteme.

METAHYBRID PLATTFORM

Vom Industriepreis als „Best of R&D“ prämiert. Basis für multifunktionale Multimaterialsysteme.

OPENPORE TECHNOLOGIE

Vom Land Baden-Württemberg als „Innovation des Jahres“ ausgezeichnet. Neue Werkstoffklasse für multifunktionale Leichtbaukomponenten.

PORECOOL KÜHLARCHITEKTUR

BSFZ-zertifiziert. Weltweit erste staatlich validierte Kühlarchitektur aus porösem Aluminium.

PORECOOL KI-SIMULATION

BSFZ-zertifiziert. KI-unterstützte Simulationsmethodik zur thermischen Vorhersage.

Seit über 30 Jahren Forschung und Entwicklung im Bereich komplexer technischer Systeme wurde die Grundlage geschaffen, auf der PORECOOL aufgebaut ist. Die PORECOOL Architektur ist flexibel anpassbar: Komponenten können aus unterschiedlichen Werkstoffen und mit verschiedenen Fertigungsverfahren umgesetzt werden. Systeme sind nicht an bestimmte Prozesse gebunden und können herstellerunabhängig entwickelt werden. Die METAHYBRID Technologieplattform bündelt mehr als zehn Jahre gezielte Forschung, Anwendungsentwicklung und Kooperation mit internationalen Partnern aus Wissenschaft und Industrie. Diese Arbeit wurde unter anderem mit dem Deutschen Industriepreis, dem ThinKing Leichtbaupreis des Landes Baden-Württemberg sowie der Validierung durch die Bescheinigungsstelle Forschungszulage (BSFZ) ausgezeichnet. Je nach Anforderung entsteht so das optimale Produkt, dessen Serienproduktion in einer geeigneten Wertschöpfungskette umgesetzt wird. Zu den METAHYBRID Kunden zählen zahlreiche große und mittelständische Unternehmen aus unterschiedlichen Branchen. Diese interdisziplinäre Basis macht unsere F&E-Kompetenz international anerkannt und einzigartig.

Kunden der METAHYBRID Technologieplattform

DER WEG ZU IHRER PORECOOL LÖSUNG.

1. DIGITALE VORENTWICKLUNG.

Nach Definition von Problem und Zielvorgaben simulieren wir tausende Lösungsvarianten im digitalen Parameterraum. Die Bewertung erfolgt KI-gestützt. Ohne zeitaufwendiges CAD oder CFD. In Tagen statt Monaten. Diese enorme Datenbasis ermöglicht fundierte strategische Entscheidungen, präzises Design of Experiments (DoE) und hochgradig fokussierte physische Tests.

2. PROTOTYPING UND VALIDIERUNG (MVP).

Fertigung der Prototypen und empirische Validierung direkt in Ihrem Zielsystem. Da diese Muster das physikalische Extrakt aus tausenden vorab simulierten Varianten sind, fungieren sie in der Regel direkt als einsatzfähiges Minimum Viable Product (MVP).

3. SERIENENTWICKLUNG UND PRODUKTION.

Wir verantworten die finale Systementwicklung zur Serienreife. Die anschließende industrielle Fertigung übernehmen unsere lizenzierten Technologiepartner in Deutschland.

Entwicklung von Kühlkörpern aus OPENPORE Aluminiumschaum.

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Beschreiben Sie kurz Ihre Anwendung, technische Herausforderung und das gewünschte Ziel. Wir prüfen Ihre Anfrage und melden uns innerhalb von 48 Stunden.

Impressum gemäß § 5 DDG

METAHYBRID Group
Inh. Dipl.-Ing. (FH) Eugen Pfeifer
Industriestraße 4
D-70565 Stuttgart

T: +49-711-128967-60
E: hello@metahybrid.com
www.metahybrid.com

USt.-ID: DE361465470

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