Von Beth Turner MSc (Chemistry), MRSC, Senior Technical Manager – Spezialist für Kunstharze
Im Blog dieses Monats werde ich untersuchen, wie die jeweilige Gießharz-Chemie von Konstrukteuren eingesetzt werden kann, um sich den immer neuen Herausforderungen von E-Mobilitätsanwendungen zu stellen. Betrachten wir Motoren und Generatoren, können sie z.B. zur Realisierung einer höheren Leistungsabgabe, Geräuschreduzierung und Zuverlässigkeit dienen, um nur einige Aspekte zu nennen. Als eines der größten Probleme, für Entwickler erweist sich der Umstand, dass sich die Leistungsausbeute der Batterie durch ihre Erwärmung, bis hin zur Überhitzung, verringert, zumal Fahrer, die von herkömmlichen Benzinfahrzeugen auf Elektrofahrzeuge umsteigen, von ihrem neuen Elektro-/Hybridfahrzeug keine Leistungseinbußen erwarten. Werfen wir einen genaueren Blick darauf, wie Vergussmassen implementiert werden können, um Leistung, Sicherheit, Zuverlässigkeit und letztlich die Lebensdauer zu verbessern.
Was sind die wichtigsten Vorteile der Verwendung von Vergussmassen in EV-Anwendungen?
Der Schutz der Elektronik ist entscheidend, um eine langfristige Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Vergussmassen sind für E-Fahrzeuge in vielerlei Hinsicht vorteilhaft. Beim Auftreten von Hot-Spots verbessern sie die Ableitung der Wärme und somit die thermische Beständigkeit der Baugruppe. Darüber hinaus gewährleisten Sie einen Schutz vor Chemikalien und geben eine zusätztliche mechanische Stabilität. Die Verwendung von Vergussmassen kann somit auch späteren kostspieligen Wartungs- und Reparaturarbeiten vorbeugen.
Warum Elektromotoren vergießen?
In der Vergangenheit war es üblich, die Rotor- und Statorwicklungen zu lackieren, um ein Mindestmaß an Isolierung zu erreichen. Solche Lacke enthielten einen hohen Anteil an Lösemitteln, flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs). Mit zunehmendem Umweltbewusstsein schränkt die Gesetzgebung jedoch die Verwendung von VOCs aufgrund ihrer Emissionen in die Umwelt ein. Solche Lacke erfüllen nicht die höheren Anforderungen von E-Motoren in der Automobilindustrie, mit ihren Herausforderungen in Bezug auf höhere Leistungsdichte und bauliche Verkleinerung, einer höheren Leistungsabgabe, Zuverlässigkeit und Beständigkeit unter rauen Einsatz- und Umgebungsbedingungen. Dies bedeutet, dass es jetzt noch mehr Gründe für den Einsatz von Vergussmassen gibt, und sie bieten eine Vielzahl von Vorteilen mit Mehrwert:
Rundumschutz – Als Barriere gegenüber äußeren Einwirkungen bieten Vergussmassen physikalischen, chemischen und thermischen Schutz. Sie können die Auswirkungen von Stoßvibrationen oder die vom Motor erzeugten Geräusche dämpfen. Einige Vergussmassen haben auch flammhemmende Eigenschaften.
Elektrische Isolierung – Luft und Hohlräume können zu Teilentladungen zwischen Erdpotenzial und Primärisolierung führen. Vergussmassen können verwendet werden, um alle Spalte und Innenräume vollständig auszufüllen, oft unterstützt durch ein Vakuumvergussverfahren, um all die winzigen Zwischenräume zu füllen und so die elektrische Isolierung zu gewährleisten.
Wärmeableitung – Einige Vergussharze haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit und sind äußerst effektiv bei der thermischen Spreizung und Wärmeableitung von Hot Spots und verbessern die allgemeine thermische Beständigkeit.
Geräusch und Vibrationsaufkommen (NVH [Noise + Vibration + Harshness]) – Obwohl E-Motoren leiser sind als herkömmliche Verbrennungsmotoren und weniger bewegliche Teile haben, erzeugen Elektrofahrzeuge hochfrequente Geräusche, die über einen längeren Zeitraum hinweg störend sein können. Gießharze werden verwendet, um das NVH zu beeinflussen und dem Fahrzeugbesitzer ein komfortables Fahrgefühl zu geben.
Welche Arten von Gießharzen gibt es?
Anders als in der Luft- und Raumfahrt, wo Systeme zwei- oder dreifach redundant ausgelegt sein können, müssen Systeme in der Automobilindustrie in der Regel auf Anhieb und über die gesamte Lebensdauer des Produkts hinweg funktionieren. Wir verfügen über eine Vielzahl von Vergussmassen, die Leistung und Zuverlässigkeit dieser Systeme und Baugruppen verbessern. Zu den Gießharzlösungen für EV-Anwendungen gehört beispielsweise das schwarze Epoxidharz ER2223, das häufig als Material der Wahl bein Statorverguss, bzw. eben nur dem Verguss der Spulenenden von Statorwicklungen, in Elektrofahrzeugen gewählt wird. Dieses Harz ist sehr widerstandsfähig gegen das Eintauchen in Chemikalien, die in Elektro- und Hybridfahrzeugen vorkommen, einschließlich Kühlflüssigkeiten, und hat einen extrem weiten Betriebstemperaturbereich. Seine niedrige Viskosität ermöglicht außerdem ein einfaches Vergießen der winzigen Zwischenräume zwischen den Wicklungen.
EV-Batterien erzeugen während des Betriebs und des Ladevorgangs große Mengen an Wärme. Um eine längere Lebensdauer der Batterie und einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen, ist ER2221, ein hoch wärmeleitfähiges Harz mit niedriger Viskosität, ideal für den Verguss der Zellen in Elektrofahrzeugbatterien geeignet. Es fixiert die Zellen und leitet gleichzeitig die entstehende Wärme an die Umgebung ab. Das Harz bildet einen effektiven Schutzschild um die Batterie, ermöglicht Haftung, hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit und die Beibehaltung der Eigenschaften während des thermischen Zyklus.
Ändern sich die Kundenanforderungen im Einklang mit dem Trend zu E-Fahrzeugen und Ladesystemen?
Die Kundenanforderungen ändern sich eindeutig im Einklang mit dem Trend zu Elektrofahrzeugen, z.B. in Bezug auf eine größere Reichweite, schnellere Ladezeiten und eine größere Verfügbarkeit von Ladestationen. Mit jeder neuen Iteration, einer neuen Generation des Designs, werden die Komponenten in der Regel kleiner und ihre Leistung steigt. Dies bedeutet in der Regel, dass die Wärmeentwicklung von Komponenten mit höherer Leistungsdichte zunimmt. Im Gegenzug müssen sowohl die kurz- als auch die langfristigen Betriebstemperaturen der Harze steigen, um dem zu genügen. Da Vergussmassen in vielen Bereichen eines Fahrzeugs verwendet werden, von Sensoren und Displays bis hin zu den Motoren selbst, konzentriert sich eine Vielzahl der Entwicklungen von Electrolube darauf, die Grenzen der thermischen Belastbarkeit sowie der Wärmeleitfähigkeit zu erweitern, um so der bevorzugte Lösungsanbieter für die sich ständig verändernde Automobilindustrie zu bleiben.
Die E-Mobilität ist ein sich entwickelnder Markt, in dem sich die verschiedenen Leistungskriterien für Fahrzeugkomponenten ständig ändern, um mit den neuesten technologischen Entwicklungen Schritt zu halten. Vergussmassen die in der Lage sind, die Wärme von den hart arbeitenden Komponenten abzuleiten, stellen einen klaren Mehrwert für die Automobilelektronikindustrie dar. Mit mehreren Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen ist Electrolube gut aufgestellt, um schnell auf diese Marktveränderungen zu reagieren. Unsere Technischen Support-Ingenieure stehen bereit, um Konstrukteure bei der Auswahl des besten Gießharzes für ihre speziellen Anwendungen zu unterstützen. Ich hoffe, dass diese Ausführungen für diejenigen unter Ihnen, die mit EV zu tun haben, von Interesse waren und denjenigen, die für die Entscheidungen über den Schutz von Komponenten und Leiterplatten verantwortlich sind, das Leben etwas leichter machen. Halten Sie Ausschau nach meiner nächsten Kolumne, in der ich mich ausführlicher mit den Harzsystemen befassen werde.
