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Jun 27, 2023

Freudenberg Sealing Technologies Thermal Interface Material (TIM) serienmäßig eingesetzt

Freudenberg Sealing Technologies hat sein Thermal Interface Material (TIM)-Elastomer für den Einsatz in der Großserienproduktion eines Ladeanschlusses für Elektrofahrzeuge für einen namhaften Automobilhersteller bereitgestellt. Der

Freudenberg Sealing Technologies hat sein Thermal Interface Material (TIM)-Elastomer für den Einsatz in der Großserienproduktion eines Ladeanschlusses für Elektrofahrzeuge für einen namhaften Automobilhersteller bereitgestellt. Das Elastomer, das gleichzeitig wärmeleitend und elektrisch isolierend ist, wurde erstmals 2020 mit Blick auf Anwendungen für Ladesteckdosen, Steuergeräte und Batterien in Elektroautos vorgestellt.

Hinter der Ladeanschlussabdeckung zeigt das Fahrzeug einen üblichen mehrpoligen Stecker für das Ladekabel, eingebettet in eine schlichte Kunststofffront. Was unsichtbar bleibt, ist der Hightech-Bereich direkt dahinter. Dabei handelt es sich um mehrere Komponenten, deren Zusammenspiel für das Thermomanagement des Ladevorgangs entscheidend ist: eine Platine mit Temperatursensoren sowie eine Mess- und Steuerelektronik für das Lademanagement, alles untergebracht in einem etwa handgroßen Gehäuse.

Das Thermal Interface Material (TIM) sorgt für eine bestmögliche Wärmeleitfähigkeit zwischen Gehäuse und Sensoren: Es nimmt den Wärmefluss durch die mit der Batterie verbundenen Kupferdrähte auf, gibt ihn an die Temperatursensoren weiter und fördert so den schnellen Aufbau der Ladesteuerung, einschließlich des kontinuierlichen Thermomanagements der Fahrzeugbatterie.

Das Zweikomponenten-Kunststoffgehäuse weist eine komplexe dreidimensionale Geometrie auf, da die Anschlusspole des Ladesteckers durch dieses hindurch verlaufen. Es hält das leicht zu biegende Brett zuverlässig an Ort und Stelle und erleichtert die Montage; Die Elektronikeinheit wird mit Schnappverbindungen eingeklipst.

Das Elastomer unterstützt den präzisen Kontakt und schirmt durch seine elektrische Isolationsfähigkeit die empfindliche Elektronik vor der Ladespannung von bis zu 800 Volt ab. Freudenberg Sealing Technologies fertigt das Gehäuse mit eingespritztem Elastomer und liefert es an einen Automobilzulieferer, der wiederum das Modul einbaufertig für den Automobilhersteller produziert. Letzterer verbaut es in großen Stückzahlen in Serienfahrzeugen.

Dieses Projekt war genau das Richtige für uns, denn unser Material ist für eine Vielzahl komplexer Elektroanwendungen prädestiniert. Mit seinen zahlreichen Qualitäten liefert es die richtigen Antworten. Ein wichtiger Vorteil für effiziente Serienprozesse: Das Elastomermaterial kann im Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Dies macht den Einsatz zudem sehr flexibel, da nahezu alle dreidimensionalen Geometrien möglich sind und aufgrund seiner Materialeigenschaften immer optimal auf dem Untergrund – egal ob Kunststoff oder Metall – haften. Es kann direkt aufgesprüht werden und benötigt keine Grundierung.

Wie alle Kunststoffe ist Silikon von Natur aus wärmeisolierend. Für das neue Material wird es mit anorganischen Füllstoffen vermischt, die es wärmeleitend machen. Bei diesen Füllstoffen handelt es sich um spezielle nichtleitende Metallverbindungen.

Die Wärmeleitfähigkeit des innovativen Wärmeleitmaterials beträgt 1,7 bis zwei Watt pro Meter Kelvin. Zum Vergleich: Die Wärmeleitfähigkeit von Luft beträgt 0,026. Das Herstellungsverfahren ermöglicht dünnwandige Bauteile. Nach der Wärmegleichung aus der Fourier-Gleichung ist dies gut für die Wärmeleitfähigkeit.

Im oben genannten Projekt ist das Elastomer unterhalb des Temperatursensors nur 0,8 Millimeter dick.

Wir haben sehr gute Erfahrungen mit Dicken zwischen 0,8 und drei Millimetern gemacht. Aus physikalischen Gründen nimmt die Wärmeübertragung mit zunehmender Wandstärke ab.

Das Material erreicht einen CTI-Wert (Comparative Tracking Index) von 600 und liegt damit in der bestmöglichen Schutzklasse für Kriechstromfestigkeit. Die Spannungsfestigkeit beträgt mehr als 10 Kilovolt pro Millimeter. Das bedeutet, dass die gängigen Prüfspannungen von 2,4 bis 4 Kilovolt keine besonderen Herausforderungen für das Material darstellen. Seine Härte liegt bei etwa 35 Shore A.

Die Möglichkeit, Spritzgussverfahren anwenden zu können, ist ein klares Plus. Durch das spezielle Herstellungsverfahren werden Lufteinschlüsse sowohl im Elastomer als auch an den Kontaktflächen zu anderen Materialien vermieden. Andernfalls kann es zu elektrischen Problemen, wie z. B. Spannungsausfällen, kommen. Das Material ist feuerbeständig nach UL94 mit der Klassifizierung V0 und liegt damit auf dem höchstmöglichen Sicherheitsniveau.

Eine effektive Wärmeabfuhr ist in zahlreichen elektrischen Anwendungen eine Voraussetzung für effiziente Prozesse, überall dort, wo große Rechenleistungen benötigt werden oder hohe Ströme fließen. Typische Anwendungen liegen derzeit im Bereich der Elektromobilität, nicht zuletzt aufgrund der hohen Anforderungen bei einer Ladespannung von 800 Volt, wie sie bei Elektrofahrzeugen immer häufiger vorkommt. Ein Beispiel sind gekühlte Stromschienen in Traktionsbatterien. Besonders beim Schnellladen oder bei hoher Leistungsabgabe erhitzen sich diese relativ stark.

Gepostet am 08. Juli 2023 in Elektrik (Batterie), Fertigung, Markthintergrund, Materialien, Fahrzeugsysteme | Permalink | Kommentare (0)