Materiály tepelných rozhraní hrají důležitou roli při odvádění tepla v elektromobilitě. Společnost Freudenberg Sealing Technologies (FST) vytvořila vlastní vývojový produkt, který lze vstřikovat do formy a který je schopen pracovat s 2K. Tato inovace byla nedávno uvedena do sériové výroby pro významného výrobce automobilů a otevírá společnosti FST nové tržní příležitosti.
Všichni jsme to zažili: když rychle nabíjíme mobilní telefon, zařízení se citelně zahřívá. Stejně jako u malého chytrého telefonu, i při nabíjení elektromobilu vzniká teplo ve velkém měřítku. Čím více nabíjecího proudu protéká, tím více tepla vzniká. Společnost FST vyvinula novou součástku složenou ze dvou částí, díky níž je nabíjení vozidel s vysokými nabíjecími proudy účinnější a bezpečnější. To je průlomové pro každodenní použitelnost a široké přijetí elektromobilů.
Vedoucí středisko Integrated Precision Solutions v Öhringenu rozšířilo svůj sortiment výrobků o „2K Thermal Interface Carrier“. „Po několika letech intenzivní práce na projektu jsme dosáhli klíčového cíle v oblasti vývoje procesů a materiálů se schválením komponentů zákazníkem,“ informuje Christopher Wecht, Key Account Manager Automotive Sales.
Ti stojí za inovací nazvanou „2K Thermal Interface Carrier“, která společnosti FST otevírá nové tržní příležitosti. Zadní řada (zleva): Christopher Wecht, Edwin Mayer, Joachim Scheufler a Denis Glonning. Přední řada (zleva): Suzan Klein, Jürgen Müller a Thomas Müller. Na snímku není: Armin Striefler.
Rozvoj podnikání v automobilovém průmyslu
Denis Glonning, produktový manažer závodu v Öhringenu, hodnotí význam: „Je to milník zejména pro náš závod, ale také pro společnost FST. Uvedli jsme do sériové výroby nový výrobek z nově vyvinutého materiálu na budoucím trhu elektromobility – v pro nás zcela nové aplikaci, kterou jsme ještě před několika lety neměli ani v hledáčku.“
Wecht k tomu dodává: „Díky novým materiálům a zkušenostem s procesy z Öhringenu se nám podařilo získat nového zákazníka a otevřít novou oblast použití.“ Inovativní součástka se používá v elektromobilech značky Volkswagen, která je jedním z hlavních zákazníků společnosti FST. Společnost FST však doposud nedodávala svého dodavatele. Tento nový zákazník se sídlem v Německu se specializuje na elektroniku vozidel, včetně kabelových systémů, a patří mezi 100 největších dodavatelů automobilového průmyslu na světě.
Materiály tepelného rozhraní, zkráceně TIM, vyvinuté společností FST v sobě spojují dvě vlastnosti: vedou teplo, a jsou tedy tepelně vodivé, jak říkají odborníci, a zároveň jsou elektricky izolační. Společnost FST využívá tohoto „vyvažování“ ve vysokonapěťových nabíjecích zásuvkách vozidel.
Součást TIM nové součástky přenáší teplo vznikající při nabíjení na snímače, aniž by se snímače dostaly do kontaktu s kovovými kolíky zástrčkového spojení – to by vedlo ke zkratu. Součástka FST takříkajíc zásobuje snímač tepelnými informacemi. Na základě těchto informací lze průběžně monitorovat a spolehlivě řídit proces nabíjení. „Just-in-time monitoring“ pro krátké reakční doby: pro maximální průtok nabíjecího proudu při rychlém nabíjení s minimálním rizikem přehřátí, tj. zvýšení bezpečnosti.
Částice TIM nejsou žádnou novinkou a jsou vhodné zejména pro odvádění tepla. Vzorky desek TIM vyvinuté a vyrobené v Öhringenu byly zaslány novému zákazníkovi FST po prvních kontaktech na veletrhu a TechDay již v roce 2019. Finta spočívá v tom, že společnost FST vyrobila tepelně vodivý a elektricky izolační materiál, který lze vstřikovat a který je schopen 2K pro konkrétní aplikaci.
„Teplo lze rozložit nebo rozptýlit na velké ploše pouze pomocí ploché podložky nebo pasty. Vstřikováním naší součásti jí můžeme dát trojrozměrnou strukturu a vést teplo přímo k senzoru v několika bodech součásti prostřednictvím určené topografie nejkratší možnou cestou,“ ilustruje Glonning a dodává, že to také umožňuje cílené chlazení systému. Tím se výrazně rozšiřují oblasti použití nově vyvinutého materiálu při ochraně elektroniky a elektronických součástek.
Dvě komponenty pro dvě funkce
Druhým hlavním úkolem v rámci „funkční integrace“ bylo zkombinovat nový TIM s nosným materiálem a vytvořit tak dvousložkový díl, konkrétně s termoplastickým základním tělesem přizpůsobeným dané aplikaci. Kromě odvodu tepla pro monitorování teploty plní nová součástka „nosnou úlohu“. Umísťuje a upevňuje elektronickou součástku v instalačním prostoru, který je nezbytný pro nabíjecí systém.
Vývojový tým překonal i tuto překážku díky všem svým zkušenostem s vícesložkovou technologií. Nově vyvinutý TIM se stal nejen vstřikovatelným, ale také lepivým. Díky tomuto novému materiálu a vývoji procesu spojuje součást dvě funkce na velmi malém montážním prostoru. „To nám umožňuje kromě technických výhod vytvářet přidanou hodnotu specifickou pro zákazníka v procesu montáže,“ vysvětluje Wecht.
Učení v tomto projektu bylo velmi náročné. Času bylo málo a práce hodně. Milionová zakázka od nového zákazníka, jako je tato, není náhoda, ale výsledek pečlivé vývojové práce, krok za krokem v iteračním procesu. Wecht nešetří chválou na celý projektový tým, který pro FST otevřel nový segment trhu. „Vedoucí středisko v Öhringenu zvládlo všechny výzvy, vyvinulo nový materiál a design, umožnilo jeho zpracování a splnilo také vysoké požadavky zákazníka na kvalitu.“
Ty zahrnují nové testy. „Požadavky na zkoušky těsnění známe již desítky let. Nyní v Öhringenu testujeme i nové parametry, jako je tepelná vodivost nebo dielektrická pevnost,“ uvádí příklad Glonning.
Tržní příležitosti pro vstřikovatelný TIM jako jednosložkový a vícesložkový kompozit jsou rozmanité. Především nový zákazník již zadal varianty komponent ve stejné oblasti použití a nabízí další zajímavá východiska pro spolupráci. „Vybudovali jsme si důvěru,“ říká Wecht.
Lze si však představit i mnoho dalších oblastí použití, například v nabíjecích stanicích. Nebo všude tam, kde se vyžaduje sledování teploty a cílený odvod tepla. Slovy Glonninga: „Je za tím spousta zkušeností a velký potenciál.“
