Freudenberg Sealing Technologies
Thermisch leitende Elastomere für die Abwärme hoher Ströme
Abwärme entsteht in IT-Anlagen und Elektroautos, überall da, wo große Ströme fließen. Freudenberg Sealing Technologies hat für solche Anwendungen ein sehr gut wärmeleitendes Elastomer entwickelt, das gleichzeitig elektrisch isoliert. Anwendungserprobungen in Elektroautos laufen bereits.
Genutzt werden soll das neuartige Material zunächst in Bauteilen für Elektroautos, denn Halbleiter und andere stromführende Bauteile arbeiten nie vollständig verlustfrei, d.h. sie wandeln Energie in Wärme um und geben diese in die Umgebungsluft oder an ein Kühlsystem ab. Deshalb werden elektronische Bauteile in thermisch leitfähige Aluminiumgehäuse montiert, die per Kühlwasser oder per Konvektion die Wärme abtransportieren. Der Wärmetransport ist dabei umso effizienter, je enger die Leiterplatte an den Kühlkörper angebunden ist. Bereits eine für das menschliche Auge unsichtbare Oberflächenrauheit der Materialien kann die Wärmeleitfähigkeit entscheidend mindern.
„Unser Werkstoff verliert seine Eigenschaften über einen sehr hohen Temperaturbereich von minus 50 bis plus 250 Grad Celsius nicht, ist dabei aber durch eine relativ geringe Kraft deformierbar“, so Armin Striefler, Senior Application Manager bei Freudenberg Sealing Technologies. Spritzt man den Werkstoff auf eine Metalloberfläche, füllt er dort winzige, durch die Rauheit entstehende Lücken, was den Wärmeübergang verbessert und eine Haftung ohne zusätzliche Oberflächenbehandlung ermöglicht. Der Werkstoff besitzt eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit von mindestens 20 Kilovolt pro Millimeter. Durch die Zugabe der Füllstoffe wird die Wärmeleitfähigkeit von 0,2 auf 1,6 bis 2 Watt pro Meter und Kelvin erzielt (Luft: 0,026 W/(mK)).
Erste Prototypen von Ladebuchsen mit integrierter Sensorik für Elektroautos werden derzeit von einem Autohersteller getestet. Eine weitere Anwendung ist die Entwärmung von Steuergeräten, die zur Schaltung des Stromflusses zwischen Batterie und Antrieb eines Elektrofahrzeugs eingesetzt werden. Während die Leistungselektronik über das Aluminiumgehäuse entwärmt wird, strahlt die von den elektronischen Bauelementen abgegebene Wärme in der Regel nur in die Luft zwischen Leiterplatte und Gehäusewand ab. Hier kann das Silikon als beliebiges dreidimensionales Formteil eingesetzt werden und den direkten Bauteilkontakt ermöglichen, sodass der Wärmestrom direkt in das Gehäuse abfließt.
Eine erste Anwendung in einem Batteriesteuergerät für ein hybridisiertes Nutzfahrzeug befindet sich im Test .Für den Akku eröffnen die thermisch leitfähigen Elastomere von Freudenberg neue Perspektiven. Stromschienen, mit denen Akkumodule und Leistungselektronik verschaltet werden, produzieren bei schnellem Laden oder hohen Leistungsanforderungen während der Fahrt relativ viel Abwärme. Auch hier kann das Silikon dazu beitragen, die Abwärme von der Wärmequelle an die im Kontakt befindliche Wärmesenke abzuführen. Das neue Material kann jedenfalls dazu beitragen elektromobile Anwendungen effizienter und langlebiger zu machen.
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