Co znamenají trendy „elektromobility“ a „autonomního řízení“ a změny v energetických technologiích pro společnost Freudenberg Sealing Technologies (FST)? Jaké komponenty budou v budoucnu na těchto trzích potřeba? Které ze svých klíčových kompetencí k tomu může společnost FST využít? Které aplikace přicházejí v úvahu? Jak je třeba navrhovat nové díly a moduly, aby zákazníkům nabízely přidanou hodnotu a společnosti FST jedinečné prodejní body? Společnost Technology & Innovation (T&I) se těmito otázkami aktivně zabývala. Výsledkem je již velké množství inovací – nebo se na nich pracuje. Jens Trabert, viceprezident T&I pro komercializaci inovací, vysvětluje některé příklady.
„Systematicky předvídáme budoucí trendy a snažíme se aktivně vyvíjet komponenty, které vycházejí ze stávajících znalostí a jsou pro nás strategicky vhodné. Stále více přecházíme od jednotlivých těsnění ke kompletním modulům, pro které získáváme potřebné konstrukční a výrobní zkušenosti.“
Jens Trabert | Lead Function Technology & Innovation bei FST
Bezpečnost pro centrální prvek, baterii
Lithium-iontové baterie jako zařízení pro ukládání energie tvoří základ elektromobilů a elektromobility. Jejich nejmenší jednotkou je článek. Pokud zde dojde ke zkratu, energie se náhle uvolní. Vzniká tlak a teplo, elektrolyt se zplyňuje a článek praskne. To může vyvolat fatální řetězovou reakci od článku k článku a vést k vyhoření celé baterie, obávanému „tepelnému úniku“. Společnost FST vyvinula řešení, která tomuto nekontrolovanému šíření z článku na článek zabraňují – nebo jej alespoň zpomalují natolik, aby cestující měli dostatek času na opuštění vozidla.
Tepelné štíty …
… z FST tvoří bariéru mezi jednotlivými buňkami. „V současné době vyvíjíme druhou generaci našich tepelných štítů. Tato nová generace pružných, prostorově extrémně úsporných rohoží se skládá z vícenásobné struktury vyrobené ze směsi materiálů. To znamená, že tepelné štíty vydrží mnohem déle odolávat ještě vyšším teplotám. Zde se uplatní naše odborné znalosti materiálů a „společné inovace“ se společností Freudenberg Performance Materials,“ vysvětluje Trabert.
Tepelné bariéry …
… plní stejnou funkci jako tepelné štíty, pouze se nacházejí na jiném místě v pouzdře baterie. Jako trojrozměrné profily zabraňují šíření plamenů kolem tepelných štítů nad konci článků. Společnost FST vyrábí tyto trojrozměrné tepelné bariéry vstřikováním ze speciálního materiálu na bázi silikonu, který vyvinula ve vlastní režii. Současně společnost FST vyvíjí nové materiály pro ploché dvourozměrné tepelné bariéry, tj. deskový materiál, který lze použít jako celoplošnou ochranu proti plameni v celém pouzdru baterie.
DIAvent …
… je název patentovaného prvku pro vyrovnávání tlaku od společnosti FST, který v sobě spojuje dvě funkce. V běžném provozu umožňuje baterii elektromobilu „dýchat“, odborně se označuje jako „obousměrné vyrovnávání tlaku“. Za druhé, v případě „tepelného úniku“ odvádí DIAvent vzniklý přetlak pomocí vysokých odplyňovacích rychlostí. Novinka je k dispozici v různých verzích. Model HighFlow dokáže při nouzovém odplynění čtyřnásobně zvýšit objemový průtok ve srovnání se standardní verzí. DIAvent Light je omezen na vyrovnávání tlaku v běžném provozu. V úvahu přicházejí i další varianty, například pro baterie dvoukolových vozidel s elektrickým pohonem.
Přípojnice …
… jsou přípojnice. V lithium-iontových bateriích proud neproudí z článku do článku přes vodiče nebo kabely, ale přes měděné přípojnice. I na ně se vztahují nejvyšší požadavky na ochranu proti plameni, a to bez ohledu na to, zda se jedná o rovné metrové přípojnice, zakřivené lisované díly nebo závitové kusy. Aby se zabránilo zkratům a požárům způsobeným přehřátím, jsou přípojnice buď potaženy nehořlavými, elektricky izolačními materiály, nebo zalité elastomery. Povlakování nebo oplášťování kovů je jednou z hlavních kompetencí společnosti FST! „Je zřejmé, ale často vyžaduje vysvětlení, proč ve společnosti Freudenberg nabízíme výrobky, jako jsou přípojnice. Při spolupráci se zákazníky si však znovu a znovu uvědomujeme, jak moc jsou naše zkušenosti a vývojové znalosti v těchto nových oborech, které se stále vyznačují nejistotou, žádané,“ říká Trabert.
Prismatické uzávěry buněk: Zakrytí víka
Kryty článků plní důležitou funkci při přenosu elektrické energie v lithium-iontových bateriích. Musí také udržovat chemii a výpary z článků v bezpečí před okolním prostředím a nakonec utěsnit oba póly článků a vzájemně je izolovat. Aby mohly tyto úkoly plnit, skládají se víčka z různých jednotlivých částí. „Před lety jsme vyvinuli těsnicí materiály, které mohou „žít“ s chemií článků v prostředí odolném proti působení médií. Protože se specializujeme také na zpracování kovů – ať už jde o těsnění radiálních hřídelí nebo těsnění dříků ventilů – dávalo smysl vyrábět a nabízet celé víko buňky. Velká výhoda pro zákazníky: Nemusí sami montovat jednotlivé díly, od anody až po integrovaný trhací prvek. Dodáváme jim celý modul jako hotovou sestavu,“ vysvětluje Trabert.
Stínění EMI: výuka stínění z plastů
Senzory, kamery a radary – elektronické komponenty ve vozidlech vyzařují elektromagnetické záření a mohou se navzájem rušit, odborný termín: „elektromagnetické rušení“ (EMI). Proto musí být vzájemně odstíněny. Buď v krytech z vodivého, ale poměrně drahého a těžkého kovu, obvykle hliníku. Nebo v plastových pouzdrech, do kterých lze například přímo nalisovat těsnění a vytvořit tak pevné spojení.
Pro stínění EMI však musí být plast elektricky vodivý. Společnost FST vyvinula několik řešení. Jedním z nich je takzvaný „EMI coating“, tedy nanesení vodivého povlaku na povrch plastových dílů. Společnost FST spolupracuje s firmou BASF na optimalizaci tohoto procesu.
eCON: Těsnění s „vestavěným hromosvodem“
Společnost FST pokračuje v rozvíjení svých stávajících zkušeností v oblasti těsnění pro elektrické hnací ústrojí. Jedním z příkladů je eCON, radiální hřídelové těsnění s nízkým třením a „vestavěným hromosvodem“, tj. integrovaným uzemněním. Tato multifunkční těsnění odvádějí škodlivé proudy v ložisku motoru. Zabraňují tak poškození ložisek, které může být způsobeno elektrickou erozí.
Elektrolyzéry: vodík pro palivové články
„Naším cílem je podílet se na vodíkovém megatrendu jako budoucím zdroji energie,“ říká Trabert. Elektrolyzéry vyrábějí vodík pomocí elektřiny. Fungují podobně jako palivové články – ale obráceně. Stejně jako u palivových článků musí být i komíny elektrolyzérů utěsněny. Společnost FST již dodává plochá těsnění a O-kroužky, které jsou odolné vůči elektrochemickým látkám. „Velkou výzvou u elektrolyzérů a palivových článků je v současné době snižování nákladů prostřednictvím automatizované výroby. Naší myšlenkou je připojit naše těsnění přímo k rámu nebo bipolární desce v automatizovaném procesu v rámci vertikální integrace a poté tuto jednotku dodat zákazníkovi jako hotový modul. Tím zákazníci ušetří několik kroků ve výrobním procesu,“ vysvětluje Trabert.
Inovativní materiály a postupy
Inovace výrobků jdou často ruku v ruce s inovacemi materiálů a procesů – nebo je dokonce vyžadují. Tak je tomu například u materiálů pro tepelné rozhraní (TIM). Společnost FST má tento tepelně vodivý a elektricky izolační silikonový materiál ve svém programu již několik let. Společnost FST jej nedávno dále rozvinula ve dvou ohledech. Za prvé, materiál lze nyní zpracovávat do složitých trojrozměrných geometrií pomocí zcela nového procesu vstřikování. Za druhé, materiál se nyní může stát také nedílnou součástí dvousložkových (K) dílů. To znamená, že může být přímo vstřikován a přilnout k plastu, hliníku nebo mědi. Takový dvousložkový díl s termoplastickým základním tělesem se již nějakou dobu sériově vyrábí pro nabíjecí přípojku elektromobilu. Konkrétně pomáhá zefektivnit a zabezpečit nabíjení vozidla: Součást FST „zásobuje“ senzory tepelnými informacemi. Na základě těchto informací lze průběžně monitorovat a řídit proces nabíjení.
