Neue K-Anwendungen

Meinolf Droege,

Werkstoffe für die Elektromobilität

Technische Thermoplaste haben nicht nur im Fahrzeug und speziell im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen große Potentiale. Aber auch in ergänzenden Anwendungen wie der Ladeinfrastruktur ergeben sich anspruchsvolle Anwendungen. Die Anforderungen an die jeweiligen Bauteile leiten sich vor allem von der Elektro- und Elektronikindustrie (E&E) und Automobilbau ab. Aus diesen Bereichen gilt es Erfahrungen und Lösungen zu übertragen.

Wallbox zum Laden von Elektroautos mit Wechselstrom bis 22 Kilowatt Batterieleistung. © Lanxess

Der Einsatzschwerpunkt der Materialien der Marken Durethan und Pocan liegt laut Laxess auf Komponenten für Ladestecker und -buchsen, Ladesäulen, Ladeboxen (Wallboxes) etwa in Garagen und Carports sowie auf Bauteilen für Systeme zum induktiven, kabellosen Laden von Hochvoltbatterien. Auch wenn die Normgebung im Bereich Elektromobilität derzeit an vielen Stellen noch im Fluss ist, bieten Polyamid- und Polyestermaterialien schon jetzt vielfältige Einsatzmöglichkeiten, um das Laden der Batterie mit Gleich- oder Wechselstrom zu ermöglichen. Bei Ladesteckern kommen laut Lanxess überwiegend unverstärkte Werkstoffe zurm Einsatz, die hohe Dimensionsstabilität und Oberflächenqualität zeigen, schlagzäh und damit mechanisch robust sind und bei Kontakt mit spannungsführenden Teilen auch flammgeschützt ausgerüstet sein können. Ein Beispiel hierfür ist das halogenfrei flammgeschützte Polyamid 6 Durethan B30SFN30. Es erreicht in Flammschutztests nach der US-Norm UL 94 (Underwriters Laboratories Inc.) die beste Einstufung V-0 bei 0,75 Millimeter Probekörperdicke. Dagegen bietet sich das Polyamid 6 Durethan B30S für dünnwandige Bauteile wie Steckergriffe an, die nicht zwangsläufig flammwidrig sein müssen.

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Bei weiter steigenden Ladespannungen und -strömen gewinnen außerdem wärmeleitende Thermoplaste an Bedeutung, um die entstehende Wärme abzuführen. Für Komponenten im Bereich der Ladestecker eignen sich zum Beispiel die mineralisch hochgefüllten Polyamid 6-Compounds Durethan BTC965FM30 und BTC77ZH3.0EF. Ersteres ist halogenfrei flammgeschützt und erreicht im UL 94-Test eine V-0 Klassifizierung (0,75 Millimeter). Durethan BTC77ZH3.0EF enthält eine Mineralfüllung, die für eine nahezu isotrope Wärmeleitfähigkeit bis 1,8 Watt pro Meter und Kelvin sorgt. Trotz des hohen Füllgrads zeigt das Material laut Anbieter hohe Dehnung und gutes Verarbeitungsverhalten.

Bei Ladebuchsen kommt es meist auf eine Kombination aus hoher Brandwidrigkeit, mechanischer Festigkeit und gutem Dehnungsverhalten an. Diese Anforderungen soll zum Beispiel das halogenfrei flammgeschützte und glasfaserverstärkte Polyamid 6 Durethan BKV30FN04 erfüllen, das ebenfalls mit einer V-0-Klassifizierung bei UL gelistet ist.

Bauteile für Ladeboxen

Potenzielle neue Anwendungen bei Ladewandboxen sind Abdeckungen und Strukturkomponenten. Abdeckungen müssen als sichtbare Teile gut lackierbar, witterungs- und UV-stabil sowie verzugsarm sein. Diesem Anforderungsprofil werde etwa Pocan C1203 gerecht, ein unverstärktes Blend aus Polycarbonat und Polybutylenterephthalat (PBT).

Typische Anforderungen an Strukturkomponenten, wie Aufhängesysteme für Ladeboxen, sind hohe Flammwidrigkeit, Witterungsstabilität und Kriechstromfestigkeit gepaart mit einer guten Zähigkeit und geringen Verzugsneigung. Material der Wahl sei das hochverstärkte und daher sehr steife und feste Durethan BKV45FN04. Das halogenfrei flammgeschützte Polyamid 6 zeigt eine Kriechstromfestigkeit von 600 Volt (CTI A) und hat eine UL 94 V-0-Einstufung bei 0,4 Millimeter Prüfkörperdicke.

Platten für induktive Ladesysteme

Ein weiterer aktueller Entwicklungstrend ist das induktive und kabellose Laden von Fahrzeugbatterien. Die dafür benötigten flachen Boden- und Fahrzeugplatten, in denen unter anderem die Ladespulen untergebracht sind, müssen aus Materialien bestehen, die brandwidrig, mechanisch belastbar und verzugsarm sind. Ebenso erforderlich ist eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit. Darüber hinaus sollen die Werkstoffe unter Licht- und Wettereinfluss stabil sein, und ihre Eigenschaften dürfen sich in einem Temperaturfenster von -45 bis 125 Grad Celsius kaum verändern. Ein Material für Bodenplatten ist etwa das mit Glasfasern und -kugeln verstärkte Durethan BG30XFN01. Es fließt gut, ist verzugsarm und zäh. Den UL 94-Test besteht es mit V-0 bei 0,75 Millimeter Probekörperdicke. Außerdem hat es eine UL f1-Listung für den Einsatz in Außenanwendungen unter UV- und Wassereinwirkung.

Service für die Entwicklungskette

Das Bereitstellen von Werkstoffen ist die eine Seite, deren optimaler Einsatz eine andere. Lanxess unterstützt Kunden entlang der kompletten Entwicklungskette von Bauteilen für die Ladeinfrastruktur der Elektromobilität. Zu den Leistungen zählen die Entwicklung anwendungsspezifischer Werkstoffe und die Optimierung des Verarbeitungsprozesses. Weiterhin werden Ingenieurleistungen bei der Bauteilauslegung wie CAE-Simulationen, Moldflow-Berechnungen und verschiedene Fertigteilprüfungen angeboten. Zudem werden auch normkonforme Tests zur UV-Beständigkeit und zum Brandverhalten wie Glühdrahtprüfungen nach IEC 60695-2-13 durchgeführt. Darüber hinaus sind elektrische Prüfungen wie etwa zur Durchschlagfestigkeit nach IEC 60243-1 im Leistungsumfang enthalten.

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