Freudenberg entwickelt thermisch leitfähiges Elastomer für effiziente E-Autos

Freudenberg und die Brennstoffzelle sind eine ganz besondere Verbindung eingegangen, wie wir im vergangenen Jahr aufgezeigt haben. Ende September 2019 wurde dann klar, dass nicht nur die Brennstoffzelle im Fokus steht. Für den E-Antrieb macht man sich aber ebenfalls Gedanken und wartet hierbei mit interessanten Lösung auf. Das Unternehmen gab erst Mitte der Woche bekannt, dass man ein Material entwickelt habe, das scheinbar gegensätzliche Eigenschaften vereint: Es leitet Wärme gut, ist aber gleichzeitig elektrisch isolierend. Erste Anwendungen für Ladebuchsen, Steuergeräte und Akkus von Elektroautos erprobt der Zulieferer bereits.

Was Freudenberg geschaffen hat scheint ein Widerspruch in sich zu sein. Denn in der Regel kombinieren Werkstoffe elektrische und thermische Leitfähigkeit oder sie isolieren sowohl gegen Stromfluss als auch gegen Wärme. Freudenberg hat nun ein Elastomer entwickelt, das eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit mit elektrisch isolierenden Eigenschaften verbindet. Dazu kombinieren sie einen Silikonkautschuk mit speziellen Füllstoffen. Genutzt werden soll das neuartige Material vor allem in Bauteilen für Elektroautos, denn Halbleiter und andere stromführende Bauteile arbeiten nie vollständig verlustfrei.

Die nicht für das Rechnen oder Schalten verwendete elektrische Energie muss als Abwärme in die Umgebungsluft oder an ein Kühlsystem abgegeben werden. Hierfür werden elektronische Bauteile beispielsweise in ein thermisch leitfähiges Aluminiumgehäuse montiert, die entweder per Kühlwasser oder per Konvektion die Wärme abtransportiert. Der Wärmetransport ist dabei umso effizienter, je enger die Leiterplatte an den Kühlkörper angebunden ist.

Das Unternehmen gibt zu verstehen, dass eine erste Serienanwendung für die neue Materialklasse die Ladedose von Elektrofahrzeugen werden könnte. Dort stehen Automobilhersteller vor einer Herausforderung: In diesem Bereich trägt der Einsatz des thermisch leitfähigen Silikons dazu bei, die Abwärme von der Wärmequelle an die im Kontakt befindliche Wärmesenke abzuführen. Das Know-how von Freudenberg besteht darin, einen Verbund zwischen den in der Applikation verwendeten Materialien und dem Spezialsilikon herzustellen. Daraus ergeben sich Vorteile für das Gesamtsystem.

Ein weiteres, mögliches Einsatzgebiet sei die gezielte Entwärmung von Steuergeräten, wie sie etwa 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 nun seine Vorteile voll ausspielen: Es kann als beliebiges dreidimensionales Formteil hergestellt werden und ermöglicht so den direkten Bauteilkontakt, obwohl sich die Komponenten in der Regel nicht auf dem gleichen Höhenniveau befinden. So kann der Wärmestrom direkt in das Gehäuse abfließen. Für beide Einsatzzwecke sind erste Prototypen im Versuchsstadium angekommen.

„Wir stehen mit den Anwendungen für thermisch leitfähige Elastomere noch am Anfang. Dennoch ist jetzt schon zu erkennen: Die Kombination aus Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Isolation hat hohes Potenzial, künftige Elektroauto-Generationen effizienter zu machen.“ – Joachim Heinemann, Technischer Direktor für Spezialdichtungen bei Freudenberg Sealing Technologies

Für den Akku, Herz eines jeden Elektroautos, eröffnen die thermisch leitfähigen Elastomere von Freudenberg ebenfalls neue Perspektiven. Denn die Stromschienen, mit denen Akkumodule und Leistungselektronik verschaltet werden, produzieren bei schnellem Laden oder hohen Leistungsanforderungen während der Fahrt relativ viel Abwärme. Auch hier trägt der Einsatz des thermisch leitfähigen Silikons maßgeblich dazu bei, die Abwärme von der Wärmequelle an die im Kontakt befindliche Wärmesenke abzuführen.

Quelle: Freudenberg Sealing Technologies – Pressemitteilung vom 21. Juli 2020