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Pin- und Busbar-Sealing als Schlüsseltechnologie für langlebige und robuste Antriebs- und Leistungselektronikkomponenten
Elektrische Nebenaggregate, wie Ölpumpen oder Kompressoren, sowie neue leistungselektronische Komponenten stellen hohe Anforderungen an Abdichtungen. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Abdichtung elektrischer Pins und Stromschienen (Busbars). Der Beitrag beschreibt die Funktion dieser Anwendung, die steigenden Anforderungen im Automotive-Umfeld und zeigt, wie neue Dichtstoffgenerationen mit verbesserten Materialeigenschaften und modernen Aushärtungskonzepten Effizienz und Zuverlässigkeit deutlich erhöhen.
Neue Dichtstoffgeneration
Mit der voranschreitenden Elektrifizierung des Antriebsstrangs steigen die Anforderungen an die Dichtigkeit von Bauteilen spürbar. Elektrische Nebenaggregate wie Öl- und Wasserpumpen, Kompressoren oder Steuergeräte sowie neue leistungselektronische Komponenten – etwa On-Board-Ladegeräte, Wechselrichter oder Gleichspannungswandler – übernehmen zentrale Aufgaben beim Energiemanagement und bei der Temperaturregelung elektrischer Fahrzeuge. Sie arbeiten dabei häufig unter anspruchsvollen Bedingungen: in direktem Kontakt mit Motoröl oder Kühlflüssigkeiten und bei dauerhaft hohen Temperaturen sowie extremen Temperaturwechseln.
OEMs und Zulieferer stehen daher zunehmend vor der Herausforderung, die Zuverlässigkeit ihrer Systeme über lange Laufzeiten sicherzustellen. Wiederkehrende Undichtigkeiten oder der Austausch defekter Steckverbindungen verursachen erhebliche Folgekosten. Entsprechend größer wird der Bedarf an beständigeren Komponenten, wie sie sich durch effektive und gezielt entwickelte Sealing-Klebstoffe realisieren lassen.
Darstellung einer Ölpumpe, bei der ein Pin-Verguss zur Abdichtung der Elektronik gegenüber der Ölumgebung entscheidend ist; Dichtstoff zur besseren Illustration magenta eingefärbt (Bild: DELO)
Ein besonders kritischer Bereich sind die Übergänge zwischen Elektronik und mechanischen Baugruppen. Pins und Busbars bilden häufig den Übergang von der Elektronikplatine zu einem Aggregat, etwa bei elektrischen Ölpumpen, E-Kompressoren oder Energieelektronik. Bei Pin-Abdichtungen werden elektrische Pins geschützt. Bei Busbar-Abdichtungen werden flächige Stromschienen, die als Leiter zur Energieübertragung zwischen Komponenten dienen, gezielt gegen Medien und Feuchtigkeit geschützt.
Sie führen Signale oder Ströme aus der Elektronik heraus und sind aufgrund ihrer exponierten Lage besonderen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Dieser Schutz vor äußeren Einflüssen muss auch bei extremen Temperaturbelastungen sichergestellt sein. Bereits kleinste Delaminationen oder Risse im Sealing verursachen das Eindringen von Medien, was wiederum zu Korrosionen oder sogar Kurzschlüssen führen kann.
Die Anforderungen an die Dichtstoffe kritischer Automobilkomponenten steigen kontinuierlich. Im Laufe der Jahre sind nicht nur die Temperaturen gestiegen oder die Prüfdauern verlängert worden, sondern auch die Geschwindigkeit und Effizienz des Aushärteprozesses der Abdichtung sind in den Fokus gerückt.
Das Grundprinzip der Pin- und Busbar-Abdichtung:
Um diesen vielfältigen Anforderungen optimal gerecht zu werden, stellen neue Dichtstoffgenerationen auf Polymerbasis derzeit den größten Entwicklungsschritt in diesem Bereich dar. Sie verbinden eine deutlich verbesserte Langzeitmedienbeständigkeit mit hoher Haftfestigkeit und dauerhaft gleichbleibender Elastizität.
Ihre optimierten Fließeigenschaften ermöglichen eine präzise Benetzung komplexer Geometrien, während moderne Aushärtungskonzepte schnelle und energieeffiziente Produktionsprozesse ermöglichen. Diese Kombination aus Leistung und Prozesssicherheit macht die neue Materialgeneration zu einem zentralen Wegbereiter für langlebige, robuste und wartungsarme elektrische Antriebssysteme.
Darstellung einer Pin- (links) und Busbar-Abdichtung (rechts); Dichtstoff zur besseren Illustration magenta eingefärbt (Bild: DELO)
Das Material für die Abdichtung muss hohen thermischen und chemischen Belastungen standhalten. Es befindet sich häufig im direkten Kontakt mit Ölen, Additiven oder Kühlmedien und ist zugleich wechselnden Temperaturen zwischen -40 °C und bis zu 160 °C ausgesetzt.
Wesentliche Anforderungen an solche Hochleistungspolymere sind:
Diese thermomechanischen Eigenschaften müssen dabei gleichbleibend stabil unter Temperatur und Medieneinwirkung sein, was durch Langzeitlagerungen nachgewiesen wird. Konkret bedeutet das für den Klebstoff, dass er trotz seines weitmaschigen, flexiblen Netzwerkes eine möglichst geringe Quellung des Mediums aufweist sowie einen geringen Masseverlust bei erhöhten Temperaturen zeigt.
Aktuell markiert eine neue Dichtstoffgeneration einen deutlichen Innovationsschritt in diesem Anwendungsfeld. Das Flaggschiff-Produkt DELO DUALBOND GE4926 hat sich in ersten Serienanwendungen als neuer Benchmark für das Abdichten erwiesen. Er zeigt im Vergleich zur Vorgängergeneration deutlich verbesserte Eigenschaften. So konnte das Quellungsverhalten nach Langzeitlagerung in 160 °C heißem ATF-Öl um bis zu 85 % reduziert werden. Gleichzeitig zeigen die Haftungswerte nach verschiedenen Öl- und Temperatur-Einlagerungstests eine mehr als doppelt so hohe Beständigkeit auf den gängigen Substraten.
Auch die Reißdehnung – ein wichtiges mechanisches Merkmal zur Beurteilung der dauerhaften Elastizität – wurde optimiert: Der Abfall nach Langzeitlagerungen in verschiedensten harschen Medien fällt um etwa 20 % geringer aus, bei gleichzeitig höheren möglichen Einsatztemperaturen von bis zu 160 °C. Diese Fortschritte tragen wesentlich dazu bei, die Leistung und Zuverlässigkeit von stark beanspruchten Bauteilen auf neue Maßstäbe zu heben.
Das Spinnendiagramm zeigt ein deutlich verbessertes Eigenschaftsprofil von Neuentwicklungen wie DELO DUALBOND GE4926 im Vergleich zu Vorgängergenerationen – insbesondere unter Temperatureinfluss (Bild: DELO)
Die Dichtwirkung wird nicht allein durch das Material bestimmt, sondern ebenso stark durch die Geometrie von Pins und Kavitäten. Hinterschneidungen, ungleichmäßige Spaltweiten oder zu geringe Benetzungsflächen können die Dichtwirkung erheblich beeinträchtigen. Entscheidend ist ein abgestimmtes Zusammenspiel von Werkstoff, Dosierstrategie, Fließverhalten und Aushärtungsprozess. Diese Zusammenhänge gelten analog für Busbar-Abdichtungen, die aufgrund ihrer flächigen und mitunter mehrlagigen Leiterstrukturen besonders hohe Anforderungen an das Benetzungs- und Durchhärtungsverhalten stellen.
Optimierte Fließeigenschaften und eine angemessene Verarbeitungszeit ermöglichen es, den Dichtstoff zuverlässig in alle Bereiche der Kavität einzubringen – auch bei komplexen Bauteilen. Moderne Dosiertechnologien und Prozessüberwachungen, etwa durch Inline-Fluoreszenzkontrolle, sichern dabei eine gleichbleibend hohe Qualität. Besonders bei der Busbar-Durchführung ist es essenziell, das Durchlaufen des Dichtstoffs zu kontrollieren. Dies gilt ebenso für Abdichtungen in der Leistungselektronik, bei denen Pins und Busbars häufig komplexe Geometrien mit engen Spaltbreiten und Hinterschneidungen aufweisen.
Je nach Anwendungs- und Fertigungsanforderungen kommen verschiedene Aushärtungskonzepte zum Einsatz. Klassisch werden Warmhärtungsverfahren eingesetzt, insbesondere bei Anforderungen im Motorraum, da sie höchste Zuverlässigkeit gewährleisten. Durch neue Formulierungsmöglichkeiten stehen mittlerweile jedoch auch lichthärtende Materialien zur Verfügung. Diese ermöglichen schnelle und energieeffiziente Prozesse. In vielen Fällen lässt sich durch den Wegfall von Öfen zusätzlich Platz und Investitionsaufwand in der Fertigung einsparen.
Ein verbreitetes Konzept ist dabei die Dualhärtung, bei der die Vergussmasse zunächst durch Licht fixiert wird. Anschließend härtet sie in Schattenzonen über Luftfeuchtigkeit vollständig aus. Die Baugruppe kann schon direkt nach der Lichtfixierung weiterverarbeitet und auf Dichtigkeit geprüft werden. So lassen sich Taktzeiten verkürzen und temperaturempfindliche Komponenten schonend verarbeiten.
Schematische Darstellung eines Dualhärtungsprozesses: 1) Klebstoffdosierung, 2) sekundenschnelle Lichtfixierung mit DELOLUX-Punktlampe 3) Endaushärtung bei Raumtemperatur (Feuchtigkeitshärtung in Schattenzonen (Bild: DELO)
Ein alternatives Verfahren ist die sogenannte Durchflussaktivierung. Hier findet die Belichtung bereits während des Dosierens statt. Damit beginnt die Offenzeit von 5-10 Minuten, in der der Klebstoff sowohl eine gute Fließfähigkeit als auch eine ausreichende Benetzungsfähigkeit besitzt, um die Abdichtung der gesamten Kavität auch einige Zeit nach der Lichtaktivierung zu gewährleisten. Anschließend härtet der Klebstoff ohne weiteren Schritt bis zur Endfestigkeit aus. Ein sofortiges Weiterverarbeiten ist möglich, wenn die offenliegenden Klebstoffbereiche nach dem Fügen zusätzlich belichtet und fixiert werden, da dies eine sofortige Anfangsfestigkeit bewirkt und ein Ausfließen des Klebstoffs verhindert. Die Durchflussaktivierung kombiniert also kurze Prozesszeiten mit hoher Prozesssicherheit, eignet sich auch für komplexe Geometrien mit Hinterschneidungen und schont Ressourcen, da auf energieintensive Ofenschritte verzichtet werden kann.
Pin-Abdichtung via Durchflussaktivierungsgerät DELO-ACTIVIS (Bild: DELO)
Die Weiterentwicklung hochbeständiger Sealing-Lösungen bleibt eine zentrale Aufgabe für die kommenden Jahre. Aktuelle Materiallösungen bieten bereits eine sehr gute Beständigkeit gegenüber gängigen Ölen und Kühlmedien sowie eine stabile mechanische Performance bei erhöhten Temperaturen. Dennoch kommen jährlich neue, aggressive Medien auf den Markt, welche die Beständigkeit der Klebstoffdichtungen aufs Neue auf die Probe stellen. Diese können neue, additivhaltige Motoröle oder kostengünstigere Kühlmittel sein.
Ziel laufender Entwicklungsarbeiten ist es daher, die besten Klebstofflösungen kontinuierlich mit neuen Medien- und Temperaturanforderungen zu prüfen und in bestimmten Fällen die Beständigkeit gezielt zu optimieren. Insbesondere die Varianz der Automobilöle bedingt eine fortwährende Weiterentwicklung des Sealings mittels Klebstoffen. Je nach Zusammensetzung des Öls kann sich die Diffusion und somit die Quellung des Klebstoffs verändern. Oftmals reichen dabei kleinere Optimierungen in der Klebstoffrezeptur, um die beschriebenen Eigenschaften auf das notwendige Niveau zu verbessern.
Mit diesen Fortschritten wird die Technologie der Pin- und Busbar-Abdichtung ihre Rolle als zentraler Bestandteil moderner elektrifizierter Antriebssysteme und der dazugehörigen Leistungselektronik weiter festigen – unabhängig davon, ob batterie- oder brennstoffzellenbasierte Konzepte den Antrieb bestimmen.
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Fachvortrag: „New high-tech light curing adhesives for e-motors: Pin- and busbar sealing as key technology for robust protection of electronics” [15:20 Uhr/Halle 2]
Stand 5-B15: Live-Demonstrationen und Expertenberatung
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