Die Zukunft der Mobilität

Klebstoffe für Hybrid-Fahrzeuge und Elektroautos

Vom Vollhybrid bis zum reinen Elektroauto, für die elektrische Mobilität spielen Klebstoffe eine wichtige Rolle. Insbesondere in Elektromotoren und Batterien sind sie unersetzlich. Beispiele reichen von der Magnetverklebung in Motoren über die schraub- und schweißfreie Befestigung von Kühlkörpern und dem Schutz bestimmter Komponenten per Verguss bis zum Batteriepack selbst. Für diese Anwendungen wie auch für Steuergeräte gibt es zahlreiche neue, vielversprechende Klebstoffe.

Batterien

Für Batterien werden bereits eine Reihe von Klebstoffen und Materialien wie Gap Fillern eingesetzt. Besonders interessant sind Neuerungen wie DELO-DUOPOX TC8686, die den Produktionsprozess massiv vereinfachen. Bei dem Produkt handelt es sich um einen zweikomponentigen Strukturklebstoff, der für Batterien von Hybrid-Fahrzeugen optimiert wurde. Er ist wärmeleitend, flammhemmend und eignet sich durch seine unkomplizierte Verarbeitung ideal für die Serienfertigung.

DELO-DUOPOX TC8686 ist für den Einsatz in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C ausgelegt. Er erfüllt damit nicht nur die typischen Festigkeitsanforderungen der Automobilindustrie von +10 °C bis +40 °C, sondern schützt die Batterie zuverlässig bis hin zur maximalen Einsatztemperatur von +80 °C. Das Produkt bietet mit einer Zugscherfestigkeit von 18 N/mm² auf Aluminium eine sehr hohe Festigkeit. Gleichzeitig sorgt die Flexibilität des Werkstoffs für einen Ausgleich bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Zelle und Gehäusematerial.

DELO-DUOPOX TC8686 punktet mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1,1 W/(m·K). Er kombiniert damit strukturelle Befestigung und die Anbindung an das Wärmemanagementsystem in einem Schritt. Anwender sparen durch den vereinfachten Prozess ohne den Einsatz eines Gap Fillers Zeit und Material. Trotz seiner wärmeleitenden Partikel ist das Produkt nur wenig abrasiv. DELO-DUOPOX TC8686 ist zudem flammhemmend nach dem Branchenstandard UL 94 V-0.

Dank dieser Eigenschaften eignet sich der Klebstoff optimal für den Einsatz in Niedervoltbatterien wie etwa in Mildhybriden, aber auch für konventionelle Hybride und weitere Batterien im Niederspannungsbereich, zum Beispiel für E-Bikes oder E-Scooter.

Das Produkt lässt sich mit einem Mischungsverhältnis von 2:1 und einer Verarbeitungszeit von rund 30 Minuten einfach und je nach Prozess auch vollautomatisiert verarbeiten. Seine Anfangsfestigkeit erreicht DELO-DUOPOX TC8686 bei Raumtemperatur nach vier Stunden; nach 24 Stunden sind gut 90 % der Endfestigkeit erreicht. Der Aushärtungsprozess kann durch Wärmeeinfluss beschleunigt werden. Die beige Farbe ermöglicht eine präzise Auftragskontrolle, da sie gut durch Kameras detektierbar ist.

Elektromotoren

Bei Elektromotoren aller Art ist eine Leistungssteigerung und insbesondere ein hoher Wirkungsgrad extrem wichtig. Klebstoffe leisten einen Beitrag dazu, Motoren kleiner und leistungsfähiger zu machen, indem der Bauraum, der für klassische Fertigungsverfahren gebraucht wurde, durch dünne Klebspalte reduziert werden kann. Speziell für Elektromotoren entwickelte Produkte bieten höchste Festigkeiten, sind temperatur- und medienbeständig, spaltüberbrückend, schlagzäh sowie spannungsausgleichend, was sie für verschiedene Anwendungen im Motor interessant macht.

Motorenhersteller entscheiden sich daher immer häufiger für das Einkleben von Ferrit- oder zunehmend Seltenerd-Magnete in die Stahlgehäuse oder Blechpakete. Im Vergleich zur mechanischen Verklammerung oder dem Bandagieren bringen Klebverbindungen neben dem eingesparten Bauraum zahlreiche Vorteile mit sich, etwa im Hinblick auf Fertigungstoleranzen, Korrosionsschutz oder das Dämpfen von Vibrationen. Daneben werden zunehmend segmentierte Magnete per Kleben gestapelt, um die Wirbelströme zu reduzieren. Die dadurch geringere Wärmeentwicklung in den Magneten führt zu einem höheren Wirkungsgrad.

Ein neuer und besonders interessanter Klebstoff für diese Anwendungen ist DELO MONOPOX HT2999. Die Druckscherfestigkeit von Magnetmaterial- (NdFeB-)Verklebungen bei 180 °C liegt bei 20 MPa. Das ist viermal so hoch wie bei der Vorgängergeneration. Diese außerordentliche Stärke selbst unter thermischer Last ist bemerkenswert, denn viele Produkte zeigen über 150 °C einen deutlichen Leistungsabfall. Dabei ist die Verbindung auch thermisch langzeitstabil. Sie erreicht selbst nach 10.000 Stunden Lagerung bei 180 °C eine Temperaturfestigkeit von 20 MPa. Bei Elektromotoren beträgt die maximale Betriebstemperatur oft 180 °C, da sich die leistungsstarken Seltenerdmagnete bei höheren Temperaturen entmagnetisieren. Falls in einer Anwendung Beständigkeit bei höheren Temperaturen gefordert ist, kann DELO MONOPOX HT2999 sogar bis 220 °C eingesetzt werden.

Die elektrische Isolierung ist eine weitere wichtige Eigenschaft des Klebstoffs. Sie minimiert Wirbelströme in Elektromotoren, reduziert damit die Wärmeentwicklung und sorgt für höhere Motorleistungen. DELO MONOPOX HT2999 ist zudem mit integrierten Abstandshaltern ausgestattet, sogenannten Spacern. Sie sorgen dafür, dass sich bei segmentierten Magneten automatisch ein einheitlicher und sehr dünner Klebspalt von 50 µm ergibt. Das ermöglicht den Einsatz von mehr Magnetmaterial und trägt ebenfalls zur Effizienz der Elektromotoren bei.

Das Epoxidharz ist einkomponentig, grau und pastös. Die Aushärtung im Umluftofen bei 150 °C dauert lediglich 10 Minuten. Gegenüber bisherigen Hochtemperatur-Klebstoffen, die 30 – 40 Minuten bei 150 °C benötigen, punktet der Klebstoff so mit einer großen Zeit- und Energieersparnis.

Stecker

Durch die Elektrifizierung nimmt die Anzahl an Steckern im Auto noch einmal zu, zum Beispiel in Steuergeräten und Sensoren. Dabei müssen die Stecker zuverlässig abgedichtet werden, um die Elektronik auch unter extremen Temperaturen vor Feuchtigkeit, Medien und Korrosion zu schützen. Für Stecker-Pins verwenden Automobilzulieferer größtenteils eine Silberbeschichtung, die günstiger als Gold und zuverlässiger als Kupfer ist. Als Anlauf- und Abriebschutz erhält das Silber eine zusätzliche Passivierungsschicht. Diese ist zumeist auf Thiol-Basis und galt lange Zeit als schwer verklebbar.

Inzwischen gibt es aber Dichtungsmassen, die für genau diese Pins optimiert sind. Außer auf den Pins müssen sie auch auf dem Werkstoff des Gehäuses sehr gut haften. Bei Kunststoffen sind dies meist PA und PBT. Dank einer guten Temperaturwechselbeständigkeit trifft das auch unter den erhöhten Anforderungen des Automobilbereichs zu – und die haben es in sich. Typische Dichtigkeitstests prüfen die Temperaturbeständigkeit bis +150 °C und umfassen Temperaturschocktests von -40 °C bis +150 °C. Da gute Dichtungsmassen im ausgehärteten Zustand flexibel sind, gleichen sie zudem die unterschiedliche Wärmeausdehnung von Metall-Pins und Kunststoffgehäusen aus.

Was die Fertigung betrifft, ermöglichen solche Produkte schnelle und einfache Prozesse mit hoher Sicherheit. So ist etwa DELO DUALBOND GE4918 als einkomponentiges Produkt einfach dosierbar, zeigt gute Fließeigenschaften und lässt sich in 10 - 20 Sekunden mit Hilfe von hochintensivem UV-Licht fixieren. In Schattenzonen, die kein Licht erreicht, härtet es durch Luftfeuchtigkeit als weiteren Härtungsmechanismus vollständig aus. Ein Inline-Dichtigkeitstest kann bereits nach der UV-Lichtfixierung durchgeführt werden.

Fazit

Klebstoffe sind aus Elektroautos nicht mehr wegzudenken. Durch ihre versatilen Eigenschaften ermöglichen sie vielfältige Werkstoffkombinationen und Designmöglichkeiten. Außerdem übernehmen sie neben dem Verbinden zweier Teile weitere Funktionen wie Wärmemanagement, Schutz vor Korrosion und Abdichtung gegenüber aggressiven Medien. Sie treiben aber nicht nur den Leichtbau voran. Indem sie Miniaturisierung insbesondere der Automobilelektronik ermöglichen, werden Ressourcen geschont und Bauraum eingespart.

Weitere Informationen zu geeigneten Klebstoffen für den Automotive-Bereich erhalten Sie hier sowie in unseren Online TECH TALKs.