Materiały interfejsu termicznego odgrywają ważną rolę w odprowadzaniu ciepła w elektromobilności. Firma Freudenberg Sealing Technologies (FST) opracowała własny materiał, który można formować wtryskowo i który obsługuje 2K. Ta innowacja została niedawno wprowadzona do produkcji seryjnej dla dużego producenta samochodów i otwiera nowe możliwości rynkowe dla FST.
Wszyscy tam byliśmy: kiedy szybko ładujemy nasz telefon komórkowy, urządzenie jest zauważalnie ciepłe. Podobnie jak w przypadku małego smartfona, ładowanie samochodu elektrycznego generuje ciepło na dużą skalę. Im więcej prądu płynie, tym więcej ciepła jest generowane. FST opracowało nowy komponent składający się z dwóch części, który sprawia, że ładowanie pojazdów o wysokim prądzie ładowania jest bardziej wydajne i bezpieczniejsze. Jest to przełomowe rozwiązanie dla codziennej użyteczności i szerokiej akceptacji pojazdów elektrycznych.
Dzięki „2K Thermal Interface Carrier”, centrum Integrated Precision Solutions w Öhringen rozszerzyło swoją ofertę produktów. „Po kilku latach intensywnych prac projektowych osiągnęliśmy kluczowy cel w zakresie rozwoju procesów i materiałów, zatwierdzając komponent klienta”, informuje Christopher Wecht, Key Account Manager Automotive Sales.
To oni stoją za innowacją o nazwie „2K Thermal Interface Carrier”, która otwiera nowe możliwości rynkowe dla FST. Tylny rząd (od lewej): Christopher Wecht, Edwin Mayer, Joachim Scheufler i Denis Glonning. Pierwszy rząd (od lewej): Suzan Klein, Jürgen Müller i Thomas Müller. Nieobecny na zdjęciu: Armin Striefler.
Rozwój działalności w sektorze motoryzacyjnym
Denis Glonning, Product Manager w zakładzie w Öhringen, tak ocenia to wydarzenie: „To kamień milowy, szczególnie dla naszego zakładu, ale także dla FST. Wprowadziliśmy nowy produkt wykonany z nowo opracowanego materiału do produkcji seryjnej na przyszłym rynku elektromobilności – w zupełnie nowym dla nas zastosowaniu, którego jeszcze kilka lat temu nawet nie mieliśmy na radarze”.
Wecht dodaje: „Dzięki nowemu materiałowi i doświadczeniu procesowemu z Öhringen udało nam się pozyskać nowego klienta i otworzyć nowy obszar zastosowań”. Innowacyjny komponent jest wykorzystywany w pojazdach elektrycznych Volkswagena, jednego z głównych klientów FST. Wcześniej jednak FST nie dostarczała go swoim dostawcom. Ten nowy klient, z siedzibą w Niemczech, specjalizuje się w elektronice samochodowej, w tym w systemach okablowania, i jest jednym ze 100 największych na świecie dostawców motoryzacyjnych.
Opracowane przez FST materiały z interfejsem termicznym, w skrócie TIM, łączą w sobie dwie właściwości: przewodzą ciepło, a zatem są termoprzewodzące, jak to określają eksperci; jednocześnie są elektrycznie izolujące. FST wykorzystuje tę „równowagę” w wysokonapięciowych gniazdach ładowania pojazdów.
Komponent TIM nowego komponentu przenosi ciepło generowane podczas ładowania do czujników bez kontaktu czujników z metalowymi pinami połączenia wtykowego – doprowadziłoby to do zwarcia. Komponent FST zasila czujnik informacjami termicznymi. Na podstawie tych informacji proces ładowania może być stale monitorowany i niezawodnie kontrolowany. „Monitorowanie just-in-time” dla krótkich czasów reakcji: dla maksymalnego przepływu prądu ładowania podczas szybkiego ładowania przy minimalnym ryzyku przegrzania, tj. zwiększonego bezpieczeństwa.
TIM nie są niczym nowym i są szczególnie odpowiednie do rozpraszania ciepła. Płytki próbne TIM opracowane i wyprodukowane w Öhringen zostały wysłane do nowego klienta FST po wstępnych kontaktach targowych i TechDay w 2019 roku. Sprytną rzeczą jest to, że FST sprawiło, że materiał przewodzący ciepło i izolujący elektrycznie nadaje się do formowania wtryskowego i jest przystosowany do 2K dla konkretnego zastosowania.
„Ciepło może być rozprowadzane lub rozpraszane tylko na dużym obszarze za pomocą płaskiej podkładki lub pasty. Dzięki formowaniu wtryskowemu naszego komponentu możemy nadać mu trójwymiarową strukturę i kierować ciepło bezpośrednio do czujnika w kilku punktach w komponencie w bardzo ukierunkowany sposób poprzez określoną topografię przy użyciu najkrótszej drogi”, ilustruje Glonning, dodając, że umożliwia to również ukierunkowane chłodzenie systemu. To znacznie rozszerza zakres zastosowań nowo opracowanego materiału w ochronie elektroniki i komponentów elektronicznych.
Dwa komponenty dla dwóch funkcji
W ramach „integracji funkcjonalnej” drugim głównym wyzwaniem było połączenie nowego TIM z materiałem nośnym w celu utworzenia dwuskładnikowej części, w szczególności z termoplastycznym korpusem podstawowym dostosowanym do zastosowania. Oprócz rozpraszania ciepła w celu monitorowania temperatury, nowy komponent spełnia „rolę nośną”. Pozycjonuje i mocuje komponent elektroniczny w przestrzeni montażowej, co jest niezbędne dla systemu ładowania.
Zespół projektowy pokonał również tę przeszkodę, wykorzystując całe swoje doświadczenie w technologii wieloskładnikowej. Nowo opracowany TIM nie tylko nadawał się do formowania wtryskowego, ale także do klejenia. Dzięki temu nowemu materiałowi i rozwojowi procesu, komponent łączy w sobie dwie funkcje w bardzo małej przestrzeni montażowej. „Pozwala nam to generować specyficzną dla klienta wartość dodaną w procesie montażu, oprócz zalet technicznych”, wyjaśnia Wecht.
Krzywa uczenia się w tym projekcie była stroma. Czasu było mało, a pracy dużo. Zamówienie warte miliony od nowego klienta nie jest przypadkiem, ale wynikiem skrupulatnej pracy rozwojowej, krok po kroku w iteracyjnym procesie. Wecht jest pełen uznania dla całego zespołu projektowego, który otworzył nowy segment rynku dla FST. „Wiodące centrum w Öhringen sprostało wszystkim wyzwaniom, opracowało nowy materiał i projekt, umożliwiło jego przetworzenie, a także spełniło wysokie wymagania jakościowe klienta”.
Te ostatnie obejmują nowe testy. „Od dziesięcioleci znamy wymagania testowe dla uszczelek. Teraz testujemy również nowe parametry, takie jak przewodność cieplna lub wytrzymałość dielektryczna w Öhringen” – podaje przykład Glonning.
Możliwości rynkowe dla formowanego wtryskowo TIM jako pojedynczego komponentu i kompozytu wieloskładnikowego są wielorakie. Przede wszystkim, nowy klient zlecił już wykonanie wariantów komponentów w tym samym obszarze zastosowań i oferuje kolejne interesujące punkty wyjścia do współpracy. „Zbudowaliśmy zaufanie”, mówi Wecht.
Można jednak wyobrazić sobie wiele innych obszarów zastosowań, na przykład w stacjach ładowania. Lub wszędzie tam, gdzie wymagane jest monitorowanie temperatury i ukierunkowane rozpraszanie ciepła. Jak mówi Glonning: „Kryje się za tym ogromna wiedza i duży potencjał”.
