Unsere Autorin
Mit Materialkompetenz auf der Überholspur – mehr Leistung für Elektromotoren
Steigen Sie ein auf eine Fahrt zu innovativen Lösungen im Bereich der E-Mobilität – geprägt von langjähriger Materialkompetenz und dem umfassenden Know-How der Freudenberg-Geschäftsgruppen.
Elektroautos prägen zunehmend das Straßenbild – und überall fährt ein Stück Freudenberg mit. Mobilitätskonzepte müssen stetig weitergedacht werden. Ein Beispiel: Innovative Fahrzeugkomponenten, die lange halten und Motoren leistungsfähiger machen.
Erster Halt in der Reihe ist die Geschäftsgruppe Freudenberg Sealing Technologies (FST). Sie hat mit innovativen thermisch leitfähigen, elektrisch isolierten Materialien – Thermally Conductive Electrically Isolating (TCEI) – den passenden Werkstoff für leistungsfähigere Elektromotoren entwickelt. „Unsere Kunden fragten immer wieder nach besseren Werkstoffen. Basierend auf unseren Erfahrungen mit Polymerwerkstoffen entwickelten wir daher eine neue Materialfamilie, die direkt auf die Anforderungen für den Einsatz im E-Motor zugeschnitten und insgesamt leistungsfähiger ist“, erklärt Ray Szparagowski, Materialentwickler für Hochleistungskunststoffe bei Freudenberg Sealing Technologies.
Wie sorgen diese Materialien für eine verbesserte Leistung der E-Motoren? Für einen hohen Wirkungsgrad des Fahrzeugs ist das Wärmemanagement ausschlaggebend: Dabei muss die Temperatur verschiedener Komponenten – des E-Motors, der Leistungselektronik und der Batterie – in einem optimalen Temperaturbereich gehalten werden. Gleichzeitig sollte das Material auch gute elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen, um das System sicher zu isolieren. Dabei müssen die Materialien vielfältige Anforderungen erfüllen – wie etwa Entflammbarkeit und Flexibilität. Der passende Ausgangsstoff ist hier essenziell.
Besseres Wärmemanagement durch TCEI-Materialien
Für elektrische Bauteile und Systeme fällt die Wahl der Materialien oft auf Kunststoffe, in diesem Fall Polymere. Diese bieten einen guten elektrischen Widerstand, im Vergleich zu Metallen sind sie jedoch schlechte Wärmeleiter. So können beispielsweise Verluste durch Reibung sowie die Wicklungen des Kupferdrahts in E-Motoren einen unerwünschten Wärmestau verursachen, was dann überhöhte Temperaturen zur Folge hat.
„Mit unseren TCEI-Materialien können Hersteller die Leistung von E-Motoren durch ein besseres Wärmemanagement optimieren“, erklärt Szparagowski. „Die niedrigeren Innentemperaturen im E-Motor bieten erhebliche Vorteile. Dazu zählen eine höhere Leistungsdichte des Motors, vereinfachte Kühlkonzepte und eine längere Lebensdauer, da sowohl der Drahtlack als auch die Vergussmaterialien bei höheren Betriebstemperaturen zur Zersetzung neigen.“
Mehr Leistung durch modifizierte Kunststoffe
Die Materialien kommen etwa bei der Produktion von Spulenkörpern für E-Motoren zum Einsatz. Der Werkstoff kann durch die gezielte Zugabe von mineralischen Füllstoffen zusätzlich verstärkt werden, diese spielen somit eine wichtige Rolle. Denn: Im Vergleich zu ungefüllten Polymeren kann bei modifizierten Kunststoffen die Wärmeleitfähigkeit mit dem passenden Füllstoff um ein Vielfaches erhöht werden. Szparagowski und sein Team entwickelten eine Reihe von Materialtypen, mit denen Freudenberg auf Kundenbedürfnisse reagieren kann.
Mit Mischungen aus physikalischen Komponenten, darunter elektrische und thermische Eigenschaften, und Materialeigenschaften, etwa die Dehnung und Zugfestigkeit, zeichnen sich die TCEI-Materialien durch eine zuverlässigere Wärmeleitfähigkeit und verbesserte elektrisch isolierende Funktionen im Vergleich zu handelsüblichen Werkstoffen aus. Der höhere Füllstoffgehalt führt zu einem steifen Material, das mit dünneren Querschnitten geformt werden kann und so gleichzeitig einen geringeren Materialeinsatz mit sich bringt. Das schlankere Konstruktionsdesign der Spulen bietet mehr Platz für den Kupferdraht, wodurch die Leistung der Motoren erhöht werden kann. Zudem schützen Spulenkörper die Wicklungen vor Beschädigungen und Vibrationen während der Montage und des Betriebs.
Innovation schafft Fortschritt
Mit der Innovation dieser neuartigen Werkstoffe setzt Freudenberg mit seinen Kompetenzen dort an, wo es auf Kundenseite verlangt wird. Die Weiterentwicklung der thermisch leitfähigen, elektrisch isolierenden Materialien schafft neue Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der E-Mobilität. Doch nicht nur die hier vorgestellten Materialien leisten einen Beitrag für eine nachhaltigere Automobilindustrie. Seien Sie auf die nächste Station in unserer E-Mobilitäts-Reihe gespannt!