Nominierung Produkte des Jahres 2024

Annina Schopen,

Freudenberg: Rechteckige Formen sicher abdichten

Freudenberg Sealing Technologies ist es gelungen, eine Dichtungsinnovation zu entwickeln, die rechteckige Busbars sicher abdichtet und damit verbundene Schäden an der Leistungselektronik der E-Fahrzeuge verhindern kann. Die Umspritzung ist nominiert in der Kategorie 4: Werkstoffe und Werkstoffverarbeitung.

die elastomere Schicht ist stoffschlüssig, d.h. chemisch mit dem Leiter und der Thermoplast-Umspritzung verbunden. © Freudenberg Sealing Technologies

Die neue mediendichte Umspritzung von rechteckigen Busbars ist ein Quantensprung in der Abdichtung rechteckiger Formen. Bislang waren dafür mehrstufige Produktionsprozesse inkl. Behelfslösungen nötig, die nur zu mäßigen Endergebnissen führen. Diese jüngst patentierte mediendichte Umspritzung von rechteckige Busbars beinhaltet eine elastomere Schicht, welche auf den rechteckigen Busbar aufgebracht ist und welche sich im weiteren Herstellungsprozess stoffschlüssig mit dem metallischen Leiter und dem umgebenden Kunststoff verbindet.

Der Clou bei der Sache ist, dass die elastomere Schicht stoffschlüssig, d.h. chemisch mit dem Leiter und der Thermoplast-Umspritzung verbunden ist. Die Polymerketten der Elastomeren Schicht verbinden sich mit dem vorbehandelten Leiter und dem Thermoplast. Dadurch fungiert diese als Dichtung da durch die chemische Verbindung keinerlei Medien zwischen Stromschiene und Thermoplast entlang kriechen an. Kunden erhalten eine Lösung, die nicht nur technisch herausragend ist, sondern auch kosteneffizient, platz- und zeitsparend.

Zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten

Die neue mediendichte Umspritzung von rechteckigen Busbars ist ein Quantensprung in der Abdichtung rechteckiger Formen. © Freudenberg Sealing Technologies

Die Vorteile dieser Lösung sind vielfältig und bieten zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Insbesondere die sensible Power-Elektronik des Inverters kann damit zukünftig zuverlässig vor Flüssigkeiten aus dem E-Motor geschützt werden. Es gibt keine Lösung am Markt, welche mit diesem geringen Bauraum auskommt. Vorhandene Lösungen benötigen mehr Platz und/oder mehr Bauteile.

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Hintergrund: In vielen Elektrofahrzeugen kommen ölgekühlte Elektromotoren zum Einsatz. Damit die Fahrzeuge ihren Nutzern langfristig Freude bereiten, muss die medien-empfindliche Leistungselektronik des Inverters vor Öl aus dem E-Motor geschützt sein. Aber auch andere Gehäusedurchführungen von elektrischen Leitern mit rechteckigem Querschnitt, wie etwa bei gekühlten Batterien, sowie Ölpumpen, können eine Dichtheitsanforderung entlang der metallischen Leiter haben. Dies verlangt eine dauerhafte Dichtigkeit entlang der stromführenden, rechteckigen Leitern („Busbars“). Steckverbinder mit rechteckigem Leiterquerschnitt sind jedoch für eine vollständige Abdichtung ganz besonders herausfordernd.

Die bislang eingesetzten Stromsammelschienen werden aus Kupfer oder Aluminiumblechen gestanzt und anschließend in die gewünschte Dimension gebogen. Der verfahrensbedingt resultierende rechteckige Leiterquerschnitt ist nicht ideal für eine Abdichtung mit Standarddichtungen, da die Ecken des Querschnitts keine robuste Kompression des Dichtwerkstoffs zulassen. Auch das partielle Verprägen der Kanten oder das Anprägen von Strukturen zur Erhöhung der Kontaktoberfläche führt nicht zu einer ausreichenden Dichtungsperformance. Nachbearbeitungsverfahren wie das Potting sind zeitaufwändig und ähnlich wie das Verkleben ein schwer industrialisierbares Verfahren. Zudem wird Platz benötigt in welchem das Pottingmaterial eingefüllt wird – dies schränkt die Designfreiheit der Busbars ein.

Königsdisziplin in der Dichtungstechnik

Die Abdichtung von rechteckigen Formen gilt als Königsdisziplin in der Dichtungstechnik, da in den Ecken häufig Leckage-Stellen auftreten. Dank der Elastomer-Schicht zwischen Metall und Kunststoff ist es nun möglich, mediendichte Busbars zu realisieren – und das auch noch enorm platzsparend, da Komponente und Dichtung quasi eins werden. Die neue Lösung ermöglicht es, Busbars zuverlässiger abzudichten bei gleichzeitiger hoher Designfreiheit.

Die neue Dichtungsanordnung der Busbars funktioniert so, dass ein mediendichter Verbund durch eine chemische Vorbehandlung der Leiteroberfläche mittels Primer und Aufbringen einer besonderen elastomeren Beschichtung erfolgt. Damit entsteht eine stoffschlüssig verbundene Zwischenschicht. Daran schließt sich das Thermoplast-Spritzgießen an. Das elastische Material basiert vorzugsweise aus vulkanisierbaren Elastomeren, aber auch thermoplastische Elastomere können eingesetzt werden. Durch die flexible Beschichtung wird zugleich eine geringere Beanspruchung des Grenzbereichs zwischen Kupfer und Thermoplastmatrix erreicht. Die elastische Beschichtung reduziert die Kerbwirkung an den Leiterkanten, was die Spannungsrissanfälligkeit des Elektronik-Bauteils minimiert.

Dichtungsinnovation für rechteckige Formen von  Freudenberg Sealing Technologies, nominiert in der Kategorie 4: Werkstoffe und Werkstoffverarbeitung. Hier geht es direkt zur Abstimmung.

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