Het heeft een uitzonderlijk technisch talent: een siliconenmateriaal dat warmtegeleidend, elektrisch isolerend en geschikt is voor spuitgieten. Het hecht ook op veelgebruikte ondergronden zoals kunststoffen, aluminium en koper en compenseert ruwe plekken. Dit “Thermal Interface Material” (TIM) zit al geruime tijd in het portfolio van Freudenberg Sealing Technologies. Het heeft zijn uitgebreide geschiktheid al bewezen in verschillende klantprojecten in de auto-industrie.
De meest universele toepasbaarheid: dat was het doel van Freudenberg Sealing Technologies bij de ontwikkeling van dit nieuwe elastomeer. Het combineert schijnbaar onverenigbare eigenschappen, omdat het goed warmte geleidt en tegelijkertijd elektrische isolatie biedt.
Oplaadpoort
Wat alle klantprojecten gemeen hebben, is hun enorme complexiteit. Bijvoorbeeld de oplaadpoort van een elektrische auto. Een bekende autofabrikant past deze al geruime tijd toe in grote series. Achter het deksel van de oplaadpoort toont het voertuig een gebruikelijke meerpinsconnector voor de oplaadkabel, ingebed in een gewone plastic voorkant. Wat onzichtbaar blijft, is de hightech ruimte erachter. Hier zijn enkele componenten waarvan de interactie essentieel is voor het thermisch beheer van het laadproces: een printplaat met temperatuursensoren, meet- en regelelektronica voor het laadbeheer, allemaal vastgezet in een behuizing ter grootte van een hand. Tegelijkertijd zorgt dit via het geïntegreerde en innovatieve “Thermal Interface Material” (TIM) voor de best mogelijke warmtegeleiding tussen de behuizing en de sensoren: het vangt de warmtestroom op via de koperdraden die op de batterij zijn aangesloten en geeft deze door op de temperatuursensoren, waardoor een snelle opbouw van laadcontrole wordt bevorderd, inclusief het continue thermische beheer van de voertuigaccu.
Complexe driedimensionale geometrie
De tweecomponenten kunststof behuizing heeft een complexe driedimensionale geometrie, omdat de aansluitpolen van de laadstekker er doorheen gaan. Het houdt de gemakkelijk te buigen plaat betrouwbaar op zijn plaats en vergemakkelijkt de montage: de elektronica-eenheid wordt met klikverbindingen vastgeklikt. Dit geavanceerde elastomeer ondersteunt nauwkeurig contact, terwijl het elektrische isolatievermogen de gevoelige elektronica beschermt tegen de laadspanning tot 800 volt. Freudenberg Sealing Technologies vervaardigt de behuizing met geïnjecteerd elastomeer en levert deze aan een automobielleverancier, die op zijn beurt de module gereed maakt voor installatie door de autofabrikant. Deze laatste installeert het in grote aantallen in in serie geproduceerde voertuigen.
Voorbestemd voor complexe toepassingen
Armin Striefler, product- en procesontwikkelaar bij Freudenberg Sealing Technologies: “Een belangrijk voordeel voor efficiënte serieprocessen: het elastomeermateriaal kan door middel van spuitgieten worden verwerkt. Dit maakt ook het gebruik ervan zeer flexibel, omdat bijna alle driedimensionale geometrieën mogelijk zijn en dankzij de materiaaleigenschappen altijd optimaal hechten aan de ondergrond – of het nu gaat om kunststof of metaal. Het kan direct worden gespoten en heeft geen primer nodig.”
Zoals alle kunststoffen is siliconen inherent thermisch isolerend. Voor het nieuwe materiaal wordt het gemengd met anorganische vulstoffen die het thermisch geleidend maken. Deze vulstoffen zijn speciale niet-geleidende metaalverbindingen.
Kerncijfers
Enkele kerncijfers: Thermische geleidbaarheid is 1,7 tot twee watt per meter en Kelvin. Ter vergelijking: de thermische geleidbaarheid van lucht is 0,026. Het fabricageproces maakt dunwandige componenten mogelijk. Volgens de warmtevergelijking uit de Fourier-vergelijking is dit goed voor de thermische geleidbaarheid. In het bovengenoemde project heeft het elastomeer onder de temperatuursensor een dikte van slechts 0,8 millimeter. “We hebben zeer goede ervaringen met diktes tussen 0,8 en drie millimeter”, meldt Striefler. “Om fysieke redenen neemt de warmteoverdracht af als de muren dikker zijn.” Het materiaal behaalt een CTI-waarde van 600, waardoor het in de best mogelijke beschermingsklasse voor trackingweerstand wordt geplaatst. De diëlektrische sterkte is meer dan 10 kilovolt per millimeter. Dit betekent dat de gangbare testspanningen van 2,4 tot 4 kilovolt geen bijzondere uitdagingen vormen voor het materiaal. De hardheid is ongeveer 35 Shore A.
Elektromobiliteit
Op dit moment liggen typische toepassingen op het gebied van elektromobiliteit, niet in de laatste plaats vanwege de hoge vereisten wanneer de laadspanning 800 volt is, wat steeds gebruikelijker wordt in elektrische voertuigen. Gekoelde rails in tractiebatterijen zijn daar een voorbeeld van. Vooral tijdens snelladen of een hoog vermogen worden deze met een relatief hoge intensiteit warm.