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(Bild: Von Roll Management AG)

Da der aktuelle Trend weg vom herkömmlichen Verbrennungsantrieb hin zu Voll- oder hybridelektrischen Systemen geht, besteht eine starke Nachfrage und ein hoher Bedarf an Materialien der nächsten Generation für die 48V-, 400V- und 800V E-Antriebsplattformen. Von Roll ist spezialisiert auf elektrische Isolationsmaterialien wie Imprägnier-, Verguss- und Beschichtungsharze für elektrische, elektronische und Batterieanwendungen. Für E-Antriebe sind wir auf die Sekundärisolation mit Harzen und flexiblen Laminaten ausgerichtet. Im Bereich Verguss und Beschichtung konzentrieren wir uns auf ein hohes Schutzniveau gegen Umwelteinflüsse und ein effektives Wärmemanagement, um einen besseren Wirkungsgrad und weniger Wärmeverluste zu erreichen. Um den neuen Effizienzzielen des Global Green Deals gerecht zu werden, wurde eine neue Imprägnier- und Vergussserie entwickelt, um mit unserem Materialwissen die Entwicklung neuer Elektromotoren, Batterien und Elektronik für mehr Effizienz und die neue Mobilität von morgen zu unterstützen.

Auf den nächsten Seiten werden wir einige Einblicke geben, wie die Leistung von Elektronik und Batterien mit der Harztechnologie der nächsten Generation gesteigert werden kann.

Mit unserer neuen Backbone-Technologie, welche über 10 Jahre entwickelt wurde, wollten wir ein Material formulieren, dass die Brücke zwischen Klebstoff und Vergussmaterial schlägt, um ein Höchstmaß an Vielseitigkeit zu erreichen und die Prozesse unserer Kunden zu vereinfachen. Das Ergebnis war eine neue Produktserie auf Basis von Next-Generation Polyurethan, welches im Bereich des elektronischen Schutzes und des Wärmemanagements eingesetzt werden kann und perfekt für die Anwendung im Batterieumfeld geeignet ist.

 

The Next Level: Die Damival® 1368x-Serie

Dieses für Elektronik- und Batterieanwendungen getestete, bewährte und zertifizierte Harz ist dank der Verwendung von Next-Generation Polyurethan sicher für den Anwender und Umweltfreundlich. Es stellt eine ausgasungsfreie Alternative zu Silikon-Vergussmaterialien dar und eignet sich für den Einsatz von Temperaturen bis zu 150 °C. Es ist hochelastisch mit einer Dehnung von bis zu 200 % und weist ein ausgezeichnetes Thermoschockverhalten auf. Mit einer breiten Palette von Zulassungen wie UL 94V0 und EN45545 ist dieses Produkt nicht brennbar, selbstverlöschend und als ungefährliches Transportgut für den einfachen Transport klassifiziert. Unsere Harze sind weltweit verfügbar, um unsere Kunden und Partner dort zu beliefern, wo das Material benötigt wird.

Vergleich zwischen unserem Next Generation Polyurethan und der derzeit verwendeten Technologie
Vergleich zwischen unserem Next Generation Polyurethan und der derzeit verwendeten Technologie (Bild: Von Roll Management AG)

Einzigartig für dieses Material ist die spezielle Zusammensetzung der hochflexiblen und elastischen Backbone, das ein silikonähnliches "Touch-and-Feel" Erlebnis mit den allgemeinen Vorteilen der Polyurethan-Technologie, wie bessere Haftung und höheres Schutzniveau, ermöglicht. Dank des neu formulierten Härters, dass wir für die gesamte Produktserie verwenden, erhalten wir eine minimale Gefahrstoffklassifizierung, die auch viele andere Vorteile mit sich bringt, wie z. B. ungefährliches Transportgut, geringe Sicherheitsanforderungen und geringere Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit.

Der nutzbare Temperaturbereich reicht von -50°C bis +150°C, wobei das Material sein elastisches Verhalten über den gesamten Einsatzbereich vollständig beibehält, so dass es bei Temperaturzyklen in den meisten Automobil- und Industrieapplikationen keinen mechanischen Stress auf die geschützten Bauteile ausübt.  

 

Verwendung im elektronischen Umfeld:

Schutz und Wärmemanagement spielen eine entscheidende Rolle, um eine höhere Effizienz und Leistungsdichte elektronischer Komponenten zu erreichen. Die Vergusstechnologie spielt eine Schlüsselrolle bei der Erreichung des erforderlichen Schutzniveaus und der Wärmeableitung der Elektronik. Einer der Kernherausforderung ist die Erfüllung des Balanceaktes zwischen guter Verarbeitung und maximaler Wärmeableitung. Mit unserer Next Generation Vergussserie Damival® 1368x wollen wir unseren Kunden und Partnern ein Werkzeug an die Hand geben, mit dem sie die Effizienz ihrer Produkte noch weiter steigern können. Dafür haben wir unsere Produkte vielseitig und ausbalanciert in Bezug auf Handhabung und Endeigenschaften konzipiert - das führt auch zu einer großen Vielfalt von Anwendungen, in denen die Damival® 1368x Serie einsetzbar ist.

 

Sensor- und Steuereinheiten

Dieser Anwendungsbereich kann als die Historie unserer Damival® 1368x Serie angesehen werden, da diese ursprünglich speziell für diesen Markt entwickelt wurde - Ziel war es, eine Formulierung zu finden, die eine geringe Gefahrstoffklassifizierung aufweist bzw. gar nicht als Gefahrstoff deklariert ist. Weitere Kerneigenschaften sollen eine hohe Elastizität und eine ausgasungsfreie Alternative zu Silikonen mit guten Haftungsparametern sein. Für die Damival® 1368x Serie sind verschiedene Wärmeleitfähigkeiten mit perfekt abgestimmten Viskositätsparametern verfügbar, um ein Luftblasen-freies Vergussbild zu erreichen. Zur leichteren und zuverlässigen Verarbeitung des Materials verwenden wir eine nicht abrasive Füllstofftechnologie, um die Wartungszeit der Misch- und Dosieranlagen zu reduzieren - bewährt bei allen namhaften, auf Vergusstechnik spezialisierten Geräteherstellern.

Verguss von Leiterplatten zum Schutz und zur Wärmeableitung
Verguss von Leiterplatten zum Schutz und zur Wärmeableitung (Bild: Von Roll Management AG)

Unser fortschrittliches Next Generation Polyurethan zeigt ein überragendes Haftungsverhalten auf den unterschiedlichsten Materialien wie Kunststoffen (Polyamide, PCB's, PBT, ...) und Metallen (Aluminium, ...). Die Haftung in Kombination mit dem hochelastischen Verhalten und den Dichtungseigenschaften führt zu einer überragenden Lebenserwartung des geschützten elektronischen Bauteils da ein kriechen von Feuchtigkeit effektiv verhindert wird.

 

Vergussharze für Kabelverbindungen

Abdichtung und Schutz vor Feuchtigkeit oder anderen Umwelteinflüssen ist die größte Herausforderung bei der Verwendung von Kabelverbindungen, Verbindungsbausätzen und Konnektoren. Für diese Anwendung ist eine besonders gute Adhäsionsleistung auf "schwer verklebbaren" Kunststoffen (PVC, PA, PBT, ...) erforderlich, um einen angemessenen Dichtungslevel zu erreichen. Für eine gute Benetzung haben wir das Material in seinen Fließeigenschaften so abgestimmt, dass auch ohne Vakuumverguss im Prozess ein völlig hohlraum- und luftblasenfreies Vergussbild gewährleistet ist.

Mit der Damival® 1368x-Serie können die höchsten Schutzlevel (bis zu IP-69) erreicht werden, wenn die richtigen Substrate und das richtige Design verwendet werden. Insbesondere für im Freien verwendete Kabelverbindungen und Steckverbinder können wir entsprechende Vorteile in Bezug auf Alterung und langfristige Verwendbarkeit bieten.

 

Vergussharze für Ringkern- und Ferritkerne

Für den Verguss von Ferritkernen und Ringkernspulen (eingesetzt in Ladeinfrastruktur und Ladegeräten) haben wir das Material in seinen Fließeigenschaften so abgestimmt, dass auch ohne den Einsatz von Vakuum ein Luft- und Hohlraumfreies Vergussbild entsteht. Durch die hohe Elastizität über den gesamten Temperaturbereich werden die Spulen oder Kerne keinen Spannungen ausgesetzt und mechanischen und thermischen Schockkräfte absorbiert. Da gerade im Bereich der Schnellladeinfrastruktur eine hohe Wärmeentwicklung zu beobachten ist, sind unsere Materialien mit einer entsprechenden Wärmeleitfähigkeit zwischen 1 W/m*K bis 1,3 W/m*K abgestimmt.

Verkapselung von Spulen
Verkapselung von Spulen (Bild: Von Roll Management AG)

Mit den ausgewogenen Eigenschaften unserer Damival® 1368x-Serie können wir unseren Kunden und Partnern eine Lösung an die Hand geben, um Ringkerne und Spulen zu schützen und ein optimiertes Wärmemanagement für eine bessere Lebensdauererwartung zu gewährleisten. Neben der Damival® 1368x Serie bieten wir auch semiflexible Epoxidharze (Dolphon® 1107 Serie) an, wenn eine deutlich erhöhte Temperaturbeständigkeit erforderlich ist.

 

Verwendung in der Batterieumgebung:

Selbstnivellierende Klebstoffe werden oft auch als "Vergussklebstoffe" bezeichnet - wie der Name schon sagt, handelt es sich dabei um niedrigviskose Klebstoffe, die bei der Montage von Batteriemodulen und -packs für verschiedene Zwecke verwendet werden. Sie bieten eine optimierte Kombination aus Spaltfüllung und Zellfixierung, was wir als "Cast and Forget-Approach" bezeichnen, sowie thermischer und mechanischer Schockabsorption. Da sie eine charakteristische homogene Wärmeableitung von der Batterie bewirken, tragen selbstnivellierende Klebstoffe auch zu einer längeren Lebensdauer der Batterie bei. Zudem bringen sie weitere Vorteile mit sich, da sie kürzere Produktionszyklen ermöglichen und zusätzliche Spaltfüllmaterialien überflüssig machen.

Auf der Modulebene werden unsere selbstnivellierenden Klebstoffe hauptsächlich für drei verschiedene Anwendungen eingesetzt. Als Schutz für Entlüftungskappen (Venting Caps) sind sie sehr wirksam gegen Korrosion und fördern den kontrollierten Austritt von Entlüftungsgasen mit verringerter Brandgefahr, während sie gleichzeitig die Anschlussdrähte (Bonding Wire) fixieren und schützen. Bei der Fixierung von Zellen (Bottom Part Fixation) bieten selbstnivellierende Klebstoffe eine hervorragende Wärmeableitung, Stoßdämpfung und erhöhte Crash-Stabilität, ohne dass Gap-Filler oder Strukturklebstoffe erforderlich sind. In einem Szenario mit Vollverguss bieten selbstnivellierende Klebstoffe den höchsten Modulschutz mit der effektivsten homogenen Wärmeableitung, thermischem Durchschlagschutz und ultimativer Stoßdämpfung.

Für Großserienproduktionen kann eine Kombination aus Entlüftungskappenschutz und einer Zellfixierung eine sehr effektive Lösung sein, da keine zusätzlichen Produkte wie Gap-Filler, Gap-Pads, Strukturklebstoffe oder mechanische Fixierungen benötigt werden. Weitere Informationen zu diesem Allround-Ansatz finden Sie in den folgenden Videos:

Dosierung von Damival® 13682 in Batteriemodulen

Dosierung von Damival® 13682 in E-Bike-Batterien

Um das Wärmemanagement unserer selbstnivellierenden Klebstoffe zu demonstrieren, haben wir thermografische Analysen des Wärmeflusses in den einzelnen Batteriezellen durchgeführt. Durch die gleichmässige Anbindung der Zelle an den Verguss wurde eine deutlich homogenere Temperaturverteilung als bei herkömmlichen Gap-Fillern, Schaumstoffen oder Gap-Pads erreicht.

Vergleich der Wärmeableitung zwischen Gap-Filler und unserer Damival® 1368x Serie
Vergleich der Wärmeableitung zwischen Gap-Filler und unserer Damival® 1368x Serie (Bild: Von Roll Management AG)

Um den Effekt von einem Thermal Runaway für vollvergossene Bauteile zu simulieren, wurde ein Hochvolt-Batteriemodul (Zylindrisches Zelldesign) vollständig mit Damival® 13682 vergossen und mittels Nagel-Penetration entzündet. Das Ergebnis: Unterhalb der vergossenen Bereiche ohne Sauerstoffzugang konnte keine Reaktion beobachtet werden – in den offenen Bereichen waren die Flammen in 3 Sekunden erloschen. Auch das thermische Durchgehen wurde deutlich verlangsamt - nach 15 Minuten führte die konnte durch die hohe Wärmeableitung bereits ein deutlicher Rückgang der Maximaltemperatur beobachtet werden, die nach 50 Minuten weiter auf unter 40°C sank. Der vollständige und detaillierte Bericht ist auf Rückfrage erhältlich.

Thermal Runaway eines vollständig vergossenen Moduls mit Damival® 13682
Thermal Runaway eines vollständig vergossenen Moduls mit Damival® 13682 (Bild: Von Roll Management AG)

Thermisch leitfähige Klebstoffe (Thermal Glue) sind auch als Thermoleitkleber bekannt und werden hauptsächlich für die mechanische Fixierung der Zellen und thermische Anbindung von Modulen oder Packs mit dem Kühlsystem verwendet. Sie können eine zusätzliche Abdichtung bieten, um Feuchtigkeitsmigration zu verhindern, die die langfristige Leistung der Batterie beeinträchtigen könnte.

  • Fixierung auf Modul-/Packebene zur thermischen Anbindung an das Kühlsystem
  • Thermische und mechanische Schockabsorption
  • Gute Haftung auf einem breiten Materialspektrum
  • Höhere Produktivität – Kombination aus mechanischer Fixierung, Wärmeleitpasten und zusätzlicher Abdichtung à Simplifizierung des Prozesses
  • Sehr hohe Wärmeleitfähigkeit von über 2,4 W/m*K für das Wärmemanagement
Batteriemodul aus prismatischen Zellen mit Thermoleitkleber (rot)
Batteriemodul aus prismatischen Zellen mit Thermoleitkleber (rot) (Bild: Von Roll Management AG)

Thermoleitkleber eignen sich für den Einsatz auf Modulen oder Packs und sind mit allen verwendeten Zelltechnologien wie Prismatischen-, Pouch- oder Zylindrischen Zellen kompatibel.

Auf Modulebene sorgen sie für die Zellverbindung und -fixierung, verbinden die Zellen mit dem Kühlsystem und unterstützen die Abdichtung gegenüber Feuchtigkeit. Auf Packebene werden die Module mechanisch mit dem Pack verbunden, die BMS-Einheit (Battery Management System) gesichert, eine Verbindung zum Kühlsystem des Packs hergestellt und das Batteriepack zusätzlich abgedichtet. Zusätzlich finden Thermoleitkleber in anderen Anwendungen Einsatz, um BMS-Einheiten und Cell-Stacks zu fixieren, für eine homogene Wärmeableitung zu sorgen, thermische und mechanische Kräfte zu dämpfen, die Crash-Stabilität zu erhöhen und als Dichtung gegen Feuchtigkeit und Nässe.

Next Level: Damival® U620

Dieser für Batterieanwendungen getestete und bewährte Thermoleitkleber ist dank der Verwendung von Next-Generation Polyurethan sicher für den Anwender und Umweltfreundlich. Es stellt eine ausgasungsfreie Alternative zu Silikon-Vergussmaterialien dar und eignet sich für den Einsatz von Temperaturen bis zu 150 °C. Dieses Elastische Harz weist ein ausgezeichnetes Thermoschockverhalten auf, und zusätzlich zu seiner hohen Wärmeleitfähigkeit von 2,4 W/m*K ermöglicht seine niedrige Glasübergangstemperatur (unter -50°C) die Beibehaltung einer hohen Flexibilität auch bei niedrigen Temperaturen. Nicht brennbar, selbstverlöschend (UL 94 V0) und als kein Gefahrgut eingestuft, ist es leicht und sicher zu transportieren.

Wenn Sie Fragen zu unseren Produkten haben und wissen möchten, wie diese für Sie am besten einsetzbar sind und die bestmögliche Effizienz und Endeigenschaften erzielen wenden Sie sich bitte direkt an unsere Experten: alexander.teufl@vonroll.com oder unter www.vonroll.com

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