I Thermal Interface Materials (N.d.T.: materiali per interfaccia termica) svolgono un’importante funzione di dissipazione del calore nel settore dell’elettromobilità. Freudenberg Sealing Technologies (FST) ha reso un proprio sviluppo interno compatibile con lo stampaggio ad iniezione e la tecnologia 2K. Ultimamente, questa innovazione viene prodotta in serie per un’importante casa automobilistica e apre nuove opportunità di mercato per FST.
Ècapitato a tutti di notare che il telefonino si scaldasse a dismisura durante la ricarica rapida. Proprio come per lo smartphone, anche durante la ricarica di un’auto elettrica si genera calore, solo in quantità molto più elevate. Maggiore è il flusso di corrente di carica, maggiore è la quantità di calore. FST ha sviluppato un nuovo componente, formato da due parti, che rende più efficiente e sicura la ricarica dei veicoli con correnti di carica elevate. Si tratta di una soluzione innovativa che va ad aumentare la praticità e il grado di accettazione dei veicoli elettrici.
Con il “2K Thermal Interface Carrier”, il Lead Center Integrated Precision Solutions dello stabilimento di Öhringen ha allargato la propria gamma di prodotti. “Dopo vari anni di duro lavoro progettuale, con l’approvazione dei componenti da parte del cliente abbiamo raggiunto un obiettivo essenziale nello sviluppo dei processi e dei materiali”, riferisce Christopher Wecht, Key Account Manager Automotive Sales.
Queste sono le menti che hanno creato l’innovazione dal nome “2K Thermal Interface Carrier”, un prodotto che apre nuove opportunità di mercato per FST. Fila dietro (da sinistra): Christopher Wecht, Edwin Mayer, Joachim Scheufler e Denis Glonning. Fila davanti (da sinistra): Suzan Klein, Jürgen Müller e Thomas Müller. Non nella foto: Armin Striefler.
Business development nel settore automotive
Denis Glonning, product manager presso lo stabilimento di Öhringen, contestualizza il significato: “Si tratta di una tappa importantissima, soprattutto per il nostro stabilimento, ma anche per FST. Nel mercato del futuro dell’elettromobilità abbiamo prodotto in serie un nuovo componente realizzato con un materiale nuovo, in un’applicazione completamente nuova per noi che, ancora solo pochi anni fa, non avevamo assolutamente presente”.
Wecht aggiunge: “Grazie al nuovo knowhow dei materiali e dei processi di Öhringen, siamo riusciti ad aggiudicarci un nuovo cliente e ad accedere ad un nuovo campo di applicazione”. L’innovativo componente viene installato sui veicoli elettrici di Volkswagen, uno dei top customer di FST. Il suo fornitore, però, FST non lo aveva ancora servito. Questo nuovo cliente, con sede in Germania, è specializzato in elettronica automotive, comprese le reti elettriche di bordo, ed è tra i primi cento fornitori mondiali dell’industria automobilistica.
I materiali per interfaccia termica, abbreviati TIM, sviluppati da FST racchiudono due funzioni: conducono il calore, il che significa che sono termoconduttivi, come dicono gli operatori del settore, e, allo stesso tempo, sono elettricamente isolanti. FST sfrutta proprio questo “divario” per le prese di ricarica ad alta tensione dei veicoli.
L’elemento TIM del nuovo componente convoglia il calore generatosi durante la carica a dei sensori senza che questi vengano a contatto con i pin metallici del connettore e provochino un cortocircuito. Il componente di FST fornisce al sensore informazioni termiche. Sulla base di questi dati è possibile monitorare costantemente il processo di ricarica e controllarlo in modo affidabile. “Monitoraggio just-in-time” per tempi di reazione rapidi: per il massimo flusso di corrente di carica durante la ricarica rapida con un rischio di surriscaldamento minimo, ovvero maggiore sicurezza. Fondamentalmente, i TIM non sono nulla di nuovo e sono particolarmente adatti per dissipare il calore. Le lastre campione TIM del reparto di sviluppo e della produzione di Öhringen sono state inviate al nuovo cliente di FST già nel 2019, dopo i primi contatti instaurati alle fiere e a un TechDay. La magia, qui, consiste nel fatto che FST ha reso il materiale termoconduttivo ed elettricamente isolante anche stampabile ad iniezione e compatibile con la tecnologia 2K per l’applicazione specifica.
“Con un pad piatto o una pasta, è possibile distribuire e dissipare il calore solo su grandi superfici. Stampando il nostro componente ad iniezione, possiamo conferirgli una struttura tridimensionale e dirigere il calore in diversi punti all’interno del componente in modo mirato e direttamente al sensore tramite la topografia specificata”, spiega Glonning, e aggiunge che, in questo modo, è anche possibile ottenere il raffreddamento mirato di un sistema. Questo estende notevolmente i campi di applicazione del materiale di nuovo sviluppo nella protezione dei componenti e degli impianti elettronici.
Due componenti per due funzioni
La seconda grande sfida, denominata “integrazione delle funzioni”, è stata quella di unire il nuovo TIM ad un materiale portante, in particolare ad un corpo base termoplastico realizzato su misura per quell’applicazione, a formare un pezzo 2K. Oltre a dissipare il calore a scopo di monitoraggio della temperatura, infatti, il nuovo componente svolge anche un “ruolo di supporto”, ossia posiziona e fissa un componente elettronico nello spazio di montaggio necessario per il sistema di ricarica.
Con tutta la sua esperienza nella tecnologia multi-componente, il team di sviluppo ha superato brillantemente anche questo ostacolo. Il nuovo TIM, non solo è stato reso stampabile a iniezione, ma anche adesivo. Grazie a questo nuovo sviluppo di ingegneria dei materiali e di processo, il componente combina due funzioni in spazi di montaggio estremamente ristretti. “Oltre ai vantaggi tecnici, questo ci permette di creare un valore aggiunto specifico per il cliente nel settore del processo di montaggio”, spiega Wecht.
La curva di apprendimento di questo progetto era in forte ascesa. Il tempo a disposizione era poco e c’era tantissimo da fare. Un ordine del valore di milioni da un nuovo cliente non è un caso, ma è frutto di un lavoro di sviluppo meticoloso, passo dopo passo in un processo iterativo. Wecht parla in termini entusiastici dell’intero team di progetto che ha conquistato un nuovo segmento di mercato per FST. “Il Lead Center di Öhringen ha superato con bravura tutte le sfide, ha sviluppato un nuovo materiale e un nuovo design, li ha resi processabili e ha anche soddisfatto gli elevati requisiti di qualità del cliente”.
Requisiti che prevedono anche nuovi controlli. “Con i requisiti di controllo delle guarnizioni abbiamo familiarità da decenni. Oggi a Öhringen testiamo anche nuovi parametri come la conduttività termica o la rigidità dielettrica”, spiega Glonning con un esempio.
Le opportunità di mercato del TIM stampabile a iniezione sono numerose, sia come componente unico che combinato. In primo luogo, il nuovo cliente ha già commissionato varianti nello stesso settore di applicazione e offre ulteriori spunti interessanti partenza per la collaborazione. “Abbiamo creato una base di fiducia”, afferma Wecht.
Ma sono concepibili anche molti altri campi di applicazione, ad esempio nelle colonnine di ricarica o ovunque sia necessario monitorare la temperatura e dissipare il calore in modo mirato. Spiegato con le parole di Glonning: “È frutto di un enorme know-how e ha un potenziale indescrivibile”.
