Neuigkeiten aus erster Hand?
Neuigkeiten und Hintergründe aus der Dichtungstechnik erfahren, innovative Produkte kennenlernen – im kostenlosen E-Mail-Newsletter von Freudenberg Sealing Technologies.
- Home
- News & Stories
- Magazin
-
Zurück zu
E-Mobilität
- Elektroautos: Die Brandgefahr eindämmen
Elektroautos: Die Brandgefahr eindämmen
Das Herzstück eines Elektroautos ist die Antriebsbatterie. Um einen möglichen Brand in der Batterie einzudämmen, setzt ein international renommierter Autohersteller auf einen neuen, flammbeständigen Kunststoff von Freudenberg Sealing Technologies.
Elektroautos sind weltweit auf der Überholspur. Das zeigen die Absatzzahlen. Die Internationale Energieagentur (IEA) prognostizierte im Frühjahr 2023, dass in diesem Jahr 14 Millionen Elektroautos verkauft werden. Das entspräche einem Plus von etwa vier Millionen Fahrzeugen gegenüber 2022. Ein ungebremster Anstieg, seit im Jahr 2017 erstmals überhaupt weltweit mehr als eine Million E-Autos verkauft wurden. Allen voran in China, aber auch in den USA und Europa, steigt die Nachfrage beständig.
Das von uns entwickelte Material schließt keinerlei Füll- oder Verstärkungsstoffe aus. Damit stehen uns bei der Vernetzung alle Optionen offen, was uns zu einer einzigartigen Stellung am Markt verhilft.
Dr. Björn Hellbach, Material Expert Thermoplastics bei Freudenberg Sealing Technologies
Die Batterie als Sicherheitsfaktor
Entscheidend für den Erfolg der E-Autos sind neben ökologischen Aspekten deren gestiegene Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit. Für Letzteres ist die Antriebsbatterie verantwortlich. Sie ist vollgepackt mit Batteriezellen, die jedoch ihre Tücken haben. Sollten sie bei einem Unfall derart beschädigt werden, dass sie sich verformen, dann können sie im schlimmsten Fall thermisch durchgehen (Thermal Runaway) und beginnen zu brennen. Die Fahrzeughersteller sind folglich beim Flammschutz sehr aufmerksam. Nicht zuletzt deshalb müssen alle Kunststoffbauteile, die in Batterienähe verbaut werden, enorm flammbeständig sein. Sie dürfen also kein Feuer fangen und müssen dabei ihre ursprüngliche Bauteilgeometrie beibehalten.
Ein Kunststoff, der die E-Mobilität sicherer machen kann: Quantix® ULTRA
In dieser Hinsicht lässt Freudenberg Sealing Technologies mit Quantix® ULTRA aufhorchen, einem innovativen Kunststoff, der deutlich flammbeständiger ist als Aluminium und viele weitere, speziell für den Flammschutz ausgerüstete Materialien. Das belegt ein außergewöhnlicher Belastungstest mit einem pyrotechnischen Erzeugnis. Dabei wird das neue Material mit 1.200 Grad Celsius heißen Partikeln beschossen. Dr. Björn Hellbach, Material Expert Thermoplastics bei Freudenberg Sealing Technologies, stellt einen anschaulichen Vergleich an: „Das ist, wie wenn sie einen 1.200 Grad Celsius heißen Sandstrahl kontinuierlich auf eine Stelle halten würden. Quantix® ULTRA widersteht dem Stresstest mit den heißen Partikeln 20 Sekunden. Ein zwei Millimeter dickes Aluminiumteil nur zwei bis drei Sekunden.“ Einem Labortest mit einer Brennerflamme von 1.200 Grad Celsius hielt ein millimeterdickes Stück der neuen Thermoplaste weit mehr als 25 Minuten stand.
Innovatives Material für Busbars und Batteriegehäuse
Damit entspricht Quantix® ULTRA den hohen Flammschutzanforderungen der Elektromobilität. Es ist geeignet, die Sicherheit rund um die Batterie eines E-Autos zu gewährleisten. Könnte der Kunststoff doch das Übergreifen eines Brandes von der Batterie auf das Elektroauto unterbinden oder zumindest stark hinauszögern. Konkret nutzen ließe sich Quantix® ULTRA für die Ummantelung von Stromleitschienen, den sogenannten Busbars. Zumal der Kunststoff hervorragend elektrisch isoliert, und damit hilft Kurzschlüsse zu vermeiden. Aufgrund seiner – im Vergleich zu Aluminium – einzigartigen Flammbeständigkeit käme das Material auch für den Bau des Batteriegehäuses infrage. Ein internationaler Autoproduzent verbaut ab dem ersten Quartal 2024 Bauteile für die Temperierung der Antriebsbatterie, die aus Quantix® ULTRA gefertigt sind. „Mit unseren bereits realisierten Produkten, konnten wir auf internationalen Messen Interesse wecken“, weiß Marco Sutter, Global Market Segment Manager bei Freudenberg Sealing Technologies. „Infolgedessen ist es uns gelungen, mit weiteren Kunden Projekte zum Thema der Batteriesicherheit anzustoßen.“
Ein weiteres Plus von Quantix® ULTRA ist die größtmögliche Designfreiheit, die der Herstellungsprozess im Spritzgussverfahren erlaubt. „Wir können konkrete Kundenwünsche bis ins kleinste Detail erfüllen“, betont Kira Truxius, Material Expert Thermoplastics bei Freudenberg Sealing Technologies. „So lassen sich beispielsweise bei der Produktion problemlos Montageclips in das gewünschte Bauteil integrieren. Das Bereitstellen großer Stückzahlen ist genauso möglich wie die Anfertigung großer Bauteile in kurzen Zykluszeiten.“
Sie waren Teil des Teams, das hinter der Herstellung von Quantix® ULTRA steht: Dr. Björn Hellbach, Marco Sutter and Kira Truxius.
Gemeinsame Forschung bringt schnelle Ergebnisse
Die Initialzündung für die Entwicklung von Quantix® ULTRA ging im Übrigen auf eine strategische Entscheidung der Freudenberg-Gruppe zurück. Sie ebnete den Weg für die Erforschung neuer Werkstoffe, die unter extremen Einsatzbedingungen ihre Stärken ausspielen sollten. Ein interdisziplinäres Team aus Beschäftigten mehrerer Freudenberg-Geschäftsgruppen brachte ihr Know-how in das strategische Programm ein. Als Basismaterial wählten die Beteiligten zunächst das Hochleistungspolymer Polyaryletherketone (PAEK). Dessen Eigenschaften modifizierten sie mit Vernetzern und sammelten dabei zugleich wertvolle Erfahrungen über das ideale Herstellungsverfahren. Mit der Anmeldung erster Patente im Jahr 2018 war die Quantix® ULTRA Werkstofffamilie geboren. Die Werkstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie maßgeschneiderte Lösungen für Kundenprobleme in den unterschiedlichsten Märkten bieten. Das Spektrum reicht von der Reduktion der Reibung und des Verschleißes in der Lebensmittelindustrie bis hin zu den erwähnten elektrisch isolierenden Flammschutz-Komponenten der Elektromobilität.
Compoundieren im Spritzgussverfahren
Um diese Flammschutz-Eigenschaften zu erreichen, musste die Projektgruppe Quantix® ULTRA jedoch weiterentwickeln. Werkstoffe auf PAEK-Basis wären für Automobilhersteller zu kostspielig gewesen. Die Projektgruppe wählte mit Polyketon (PK) ein preisgünstigeres technisches Polymer, das durch Vernetzung die gewünschten Eigenschaften erhalten sollte. Eine Anforderung war zudem die Designfreiheit, sodass sich das Material schon beim Herstellungsprozess gut in jede beliebige Form bringen ließe.
Das Team verfeinerte dafür den von ihnen entwickelten Werkstoff im Produktionsprozess. Dabei erfolgt die Vernetzung des thermoplastischen Basismaterials PK in einem Schritt per Spritzgussverfahren. „Wir haben es hier mit einem Inline-Prozess zu tun“, sagt Truxius. „Per Spritzguss gelangt Quantix ULTRA direkt in die zuvor designte Spritzguss-Kavität.“ Das Endprodukt schmilzt nicht mehr und hält stärkster Flammeinwirkung stand. „Mit Quantix® ULTRA im Inline-Spritzgussverfahren haben wir gezeigt, dass wir dank unseres selbst erworbenen Know-hows Innovationen schnell auf den Markt bringen können. Von den ersten Ideen bis zur Serienreife vergingen lediglich zwei Jahre“, so Truxius. „Das verdeutlicht unsere Expertise bei der Entwicklung von Rezepturen, Produktionsprozessen und Produkten, eben der perfekte Dreiklang.“
Mit Quantix® ULTRA im Inline-Spritzgussverfahren haben wir gezeigt, dass wir dank unseres selbst erworbenen Know-hows Innovationen schnell auf den Markt bringen können. Von den ersten Ideen bis zur Serienreife vergingen lediglich zwei Jahre.
Kira Truxius, Material Expert Thermoplastics bei Freudenberg Sealing Technologies
Nachhaltiger und flexibler Herstellungsprozess
Durch die Beimischung sogenannter Füll- und Verstärkungsstoffe lassen sich bei Quantix® ULTRA gewünschte Eigenschaften gezielt beeinflussen. Beigemengte Fasern können etwa eine zusätzliche Formbeständigkeit und Festigkeit ergeben, wobei Freudenberg Sealing Technologies darauf achtet, dass Verarbeitung und Vernetzung in einem guten Gleichgewicht zueinanderstehen. „Das von uns entwickelte Material schließt keinerlei Füll- oder Verstärkungsstoffe aus“, bestätigt Hellbach. „Damit stehen uns bei der Vernetzung alle Optionen offen, was uns zu einer einzigartigen Stellung am Markt verhilft.“
Für Kunden ebenfalls interessant sind nachhaltige Effekte bei der Herstellung. Gerade da diese den CO2-Fußabdruck ihrer eigenen Endprodukte beeinflussen. Im Vergleich zum konventionellen Polyamid 6.6 (PA 66) entsteht bei der Produktion von Polyketon, einem Basismaterial von Quantix® ULTRA, sehr viel weniger CO2. Der sogenannte Emissionsfaktor ist um 61 Prozent geringer und entspricht einem Wert von 2,8 Kilogramm CO2 pro Kilogramm Granulat. Hinzu kommt: Während bisherige Vernetzungsverfahren von Thermoplasten auf der Basis von Gammastrahlung oder in Lösungen erfolgte, kommt das Verfahren von Freudenberg gänzlich ohne Lösungsmittel aus und ist sowohl wirtschaftlicher als auch nachhaltiger.
Alles in allem stellt Quantix® ULTRA eine neue Klasse an Kunststoffmaterialien dar, die sich bei der Flammbeständigkeit an die Spitze aller derzeit bekannten technischen Kunststoffe setzt. Und das macht den Verbundwerkstoff zu einem gefragten Material, um die Sicherheit der Batterien von E-Autos zu erhöhen und das im Notfall die Brandgefahr von Elektroautos im Zaum hält. Damit beweist Freudenberg Sealing Technologies einmal mehr, wie sehr es die Elektromobilität mit innovativen Produkten unterstützt.
Lesen Sie weitere Beiträge aus unserem Unternehmensmagazin „ESSENTIAL“, in dem wir kontinuierlich über Trends und Schwerpunktthemen aus unseren Zielindustrien und -märkten berichten.
Weitere Storys zum Thema E-Mobilität
Zurück zum Anfang