Mit jelentenek az „elektromobilitás” és az „autonóm vezetés” trendjei és az energiatechnológia változásai a Freudenberg Sealing Technologies (FST) számára? Milyen alkatrészekre lesz szükség ezeken a piacokon a jövőben? Milyen alapvető kompetenciákat tud az FST ehhez felhasználni? Milyen alkalmazások jönnek szóba? Hogyan kell az új alkatrészeket és modulokat úgy megtervezni, hogy azok hozzáadott értéket és az FST egyedi értékesítési pontjait kínálják az ügyfeleknek? A Technológia és Innováció (T&I) proaktívan foglalkozott ezekkel a kérdésekkel. Ennek eredményeképpen már számos innováció született – vagy van folyamatban. Jens Trabert, a T&I alelnöke, az innováció kereskedelmi hasznosítása néhány példát ismertet.
„Szisztematikusan előre látjuk a jövőbeli trendeket, és igyekszünk aktívan fejleszteni olyan komponenseket, amelyek a meglévő tudásra épülnek, és stratégiai szempontból illeszkednek hozzánk. Az egyedi tömítésekről egyre inkább a teljes modulok felé mozdulunk el, amelyekhez a szükséges tervezési és gyártási szakértelmet is megszerezzük.”
Jens Trabert | Lead Function Technology & Innovation bei FST
A központi elem, az akkumulátor biztonsága
A lítium-ion akkumulátorok energiatároló eszközként az elektromos járművek és az elektromobilitás központi elemét képezik. Legkisebb egységük a cella. Ha itt rövidzárlat keletkezik, hirtelen energia szabadul fel. Nyomás és hő keletkezik, az elektrolit elgázosodik, és a cella szétrobban. Ez végzetes láncreakciót indíthat el celláról cellára, és az egész akkumulátor kiégéséhez, a rettegett „termikus elszabaduláshoz” vezethet. Az FST olyan megoldásokat fejlesztett ki, amelyek megakadályozzák ezt a celláról cellára történő ellenőrizetlen terjedést – vagy legalábbis eléggé lelassítják ahhoz, hogy az utasoknak elég idejük legyen elhagyni a járművet.
Hőpajzsok …
… az FST-ből egy gátat képeznek az egyes sejtek között. „Jelenleg a hőpajzsok második generációjának kifejlesztésén dolgozunk. Ez a rugalmas, rendkívül helytakarékos szőnyegek következő generációja többszörös szerkezetű, anyagkeverékből készült szerkezetből áll. Ez azt jelenti, hogy a hővédőpajzsok még magasabb hőmérsékletet is sokkal hosszabb ideig képesek elviselni. Ez az a pont, ahol az anyagismeretünk és a Freudenberg Performance Materials-szel közös ‘Innovating Together’ (Együtt újítunk) működésbe lép” – magyarázza Trabert.
Hőgátak …
… ugyanazt a funkciót töltik be, mint a hővédő pajzsok, csak az akkumulátorházban más helyen vannak. Háromdimenziós profilokként megakadályozzák, hogy a lángok a cellák végei fölött a hőpajzsok körül terjedjenek. Az FST ezeket a 3D-s hőgátakat fröccsöntési eljárással, egy speciális, saját fejlesztésű szilikonalapú anyagból állítja elő. Ezzel egyidejűleg az FST új anyagokat fejleszt a lapos, kétdimenziós hőgátakhoz, azaz olyan lapos anyagokhoz, amelyek a teljes akkumulátorházban körkörös lángvédelemként használhatók.
DIAvent …
… az FST szabadalmaztatott nyomáskiegyenlítő elemének neve, amely két funkciót egyesít egy alkatrészben. Normál üzemmódban lehetővé teszi, hogy az elektromos autó akkumulátora „lélegezzen”, amit technikailag „kétirányú nyomáskiegyenlítésnek” neveznek. Másodszor, „termikus elszabadulás” esetén a DIAvent a keletkező túlnyomást nagy gázmentesítési sebességgel vezeti le. Az innováció különböző változatokban kapható. A HighFlow modell a vészhelyzeti gázmentesítés során a standard változathoz képest megnégyszerezi a térfogatáramot. A DIAvent Light normál üzemben nyomáskiegyenlítésre korlátozódik. Más változatok is elképzelhetők, például elektromos meghajtású kétkerekűek akkumulátoraihoz.
Sínpárok …
… a gyűjtősínek. A lítium-ion akkumulátorokban az áram nem vezetéken vagy kábelen, hanem réz gyűjtősíneken keresztül áramlik celláról cellára. Ezekre is a legmagasabb lángvédelmi követelmények vonatkoznak, függetlenül attól, hogy egyenes, méteres gyűjtősínről, íves öntött alkatrészekről vagy menetes darabokról van szó. A rövidzárlatok és a túlmelegedés okozta tüzek megelőzése érdekében a gyűjtősíneket vagy lángálló, elektromosan szigetelő anyagokkal vonják be, vagy elasztomerrel burkolják. A fémek bevonása vagy burkolása az FST egyik fő kompetenciája! „Nyilvánvaló, de gyakran magyarázatra szorul, hogy mi a Freudenbergnél miért kínálunk olyan termékeket, mint a gyűjtősínek. Az ügyfelekkel való együttműködés során azonban újra és újra rájövünk, hogy tapasztalatunkra és fejlesztési szakértelmünkre milyen nagy szükség van ezekben az új üzletágakban, amelyeket még mindig a bizonytalanság jellemez” – mondja Trabert.
Prizmatikus cellakupakok: A fedél felhelyezése
A cellaburkolatok fontos szerepet töltenek be a lítium-ion akkumulátorok áramátvitelében. A cellakémiai anyagokat és gőzöket is biztonságosan távol kell tartaniuk a környezettől, végül pedig le kell zárniuk a két cellapólust, és el kell szigetelniük őket egymástól. E feladatok ellátása érdekében a fedelek különböző egyedi részekből állnak. „Évekkel ezelőtt olyan tömítőanyagokat fejlesztettünk ki, amelyek képesek a cellakémiával „együtt élni” a közegnek ellenálló módon. Mivel fémfeldolgozásra is szakosodtunk – akár radiális tengelytömítések, akár szelepszár-tömítések esetében -, ésszerű volt a teljes cellafedél gyártása és kínálata. A nagy előny az ügyfelek számára: Nem kell maguknak összeszerelniük az egyes alkatrészeket, az anódtól az integrált robbanóelemig. A teljes modult kész szerelvényként szállítjuk nekik” – magyarázza Trabert.
EMI árnyékolás: a műanyag árnyékolás tanítása
Érzékelő-, kamera- és radarrendszerek – a járművek elektronikus alkatrészei elektromágneses sugárzást bocsátanak ki, és zavarhatják egymást, szakkifejezés: „elektromágneses interferencia” (EMI). Ezért ezeket egymástól árnyékolni kell. Vagy vezető, de viszonylag drága és nehéz fémből, általában alumíniumból készült házakban. Vagy műanyag házakban, amelyekbe például egy tömítés közvetlenül beleönthető, hogy fix kapcsolatot képezzenek.
Az EMI-árnyékoláshoz azonban a műanyagot elektromosan vezetőképessé kell tenni. Az FST erre több megoldást is kifejlesztett. Ezek egyike az úgynevezett „EMI-bevonat”, azaz a műanyag alkatrészek felületére vezető bevonat felhordása. Az FST a BASF-fel együttműködve dolgozik ennek az eljárásnak az optimalizálásán.
eCON: „Beépített villámhárítóval” ellátott tömítések
Az FST továbbfejleszti az elektromos hajtásláncok tömítésével kapcsolatos meglévő szakértelmét. Ilyen például az eCON, az alacsony súrlódású radiális tengelytömítés „beépített villámhárítóval”, azaz integrált földeléssel. A többfunkciós tömítések elvezetik a káros áramokat a motorcsapágyban. Így megakadályozzák az elektromos erózió által okozott csapágysérüléseket.
Elektrolizátorok: hidrogén az üzemanyagcellához
„Célunk, hogy részt vegyünk a hidrogén megatrendben, mint a jövő energiaforrásában” – mondja Trabert. Az elektrolízisek elektromos áram segítségével állítanak elő hidrogént. Hasonlóan működnek, mint az üzemanyagcellák – de fordítva. Az üzemanyagcellákhoz hasonlóan az elektrolízisek halmazát is le kell zárni. Az FST már most is szállít lapos tömítéseket és O-gyűrűket, amelyek ellenállnak az elektrokémiai anyagoknak. „Az elektrolízisek és az üzemanyagcellák nagy kihívása jelenleg a költségek csökkentése az automatizált gyártás révén. A mi elképzelésünk az, hogy a vertikális integráció részeként a tömítéseinket közvetlenül a kerethez vagy a bipoláris lemezhez csatlakoztatjuk egy automatizált folyamat során, majd ezt az egységet kész modulként szállítjuk a vevőnek. Ezáltal az ügyfelek több lépést is megtakarítanak a gyártási folyamat során” – magyarázza Trabert.
Innovatív anyagok és eljárások
A termékinnovációk gyakran kéz a kézben járnak az anyag- és folyamatinnovációkkal – vagy akár meg is követelik azokat. Ez a helyzet például a termikus határfelületi anyagok (TIM) esetében. Az FST már néhány éve programjában van ez a hővezető és elektromosan szigetelő szilikon anyag. Az FST a közelmúltban két szempontból is továbbfejlesztette. Először is, az anyagot most már egy teljesen új fröccsöntési eljárással komplex háromdimenziós geometriákba lehet bedolgozni. Másodszor, az anyag most már a 2 komponensű (K) alkatrészek szerves részévé is válhat. Ez azt jelenti, hogy közvetlenül fröccsönthető és műanyaghoz, alumíniumhoz vagy rézhez tapad. Egy ilyen 2 komponensű, hőre lágyuló alaptestű alkatrész már egy ideje sorozatgyártásban van egy elektromos autó töltőcsatlakozásához. Konkrétan segít a járműtöltés hatékonyabbá és biztonságosabbá tételében: Az FST-alkatrész hőtani információkkal „táplálja” az érzékelőket. Ezen információk alapján a töltési folyamat folyamatosan nyomon követhető és szabályozható.
