Co trendy „elektromobilności” i „autonomicznej jazdy” oraz zmiany w technologii energetycznej oznaczają dla Freudenberg Sealing Technologies (FST)? Jakie komponenty będą potrzebne na tych rynkach w przyszłości? Które z kluczowych kompetencji FST może wykorzystać w tym celu? Które aplikacje staną pod znakiem zapytania? Jak należy projektować nowe części i moduły, aby oferowały klientom wartość dodaną i unikalne punkty sprzedaży FST? Dział Technologii i Innowacji (T&I) aktywnie odpowiedział na te pytania. Zaowocowało to już wieloma innowacjami – lub jest w trakcie ich wprowadzania. Jens Trabert, wiceprezes T&I ds. komercjalizacji innowacji, wyjaśnia kilka przykładów.
„Systematycznie przewidujemy przyszłe trendy i staramy się aktywnie rozwijać komponenty, które opierają się na istniejącej wiedzy i są dla nas strategicznie dopasowane. Coraz częściej przechodzimy od pojedynczych uszczelek do kompletnych modułów, dla których zdobywamy niezbędną wiedzę w zakresie projektowania i produkcji”.
Jens Trabert | Lead Function Technology & Innovation bei FST
Bezpieczeństwo dla centralnego elementu, baterii
Jako urządzenia magazynujące energię, akumulatory litowo-jonowe stanowią centralny element pojazdów elektrycznych i elektromobilności. Ich najmniejszą jednostką jest ogniwo. Jeśli dojdzie do zwarcia, energia zostaje nagle uwolniona. Narasta ciśnienie i ciepło, elektrolit ulega gazowaniu, a ogniwo pęka. Może to wywołać śmiertelną reakcję łańcuchową od ogniwa do ogniwa i doprowadzić do przepalenia całego akumulatora, czyli przerażającego „niekontrolowanego rozładowania termicznego”. Firma FST opracowała rozwiązania, które zapobiegają niekontrolowanemu rozprzestrzenianiu się elektrolitu z ogniwa na ogniwo – lub przynajmniej spowalniają ten proces na tyle, aby dać pasażerom wystarczająco dużo czasu na opuszczenie pojazdu.
Osłony termiczne …
… od FST tworzą barierę pomiędzy poszczególnymi ogniwami. „Obecnie opracowujemy drugą generację naszych osłon termicznych. Ta kolejna generacja elastycznych, zajmujących niewiele miejsca mat składa się z wielu struktur wykonanych z mieszanki materiałów. Oznacza to, że osłony termiczne mogą wytrzymać jeszcze wyższe temperatury przez znacznie dłuższy czas. W tym miejscu do gry wkracza nasza specjalistyczna wiedza w zakresie materiałów i „wspólne innowacje” z Freudenberg Performance Materials” – wyjaśnia Trabert.
Bariery termiczne …
… spełniają tę samą funkcję co osłony termiczne, tylko w innym miejscu w obudowie akumulatora. Jako trójwymiarowe profile zapobiegają rozprzestrzenianiu się płomieni wokół osłon termicznych na końcach ogniw. FST produkuje te trójwymiarowe bariery termiczne przy użyciu procesu formowania wtryskowego ze specjalnego, opracowanego we własnym zakresie materiału na bazie silikonu. Jednocześnie FST opracowuje nowe materiały dla płaskich, dwuwymiarowych barier termicznych, tj. arkuszy materiału, które mogą być stosowane jako wszechstronna ochrona przed płomieniami w całej obudowie baterii.
DIAvent …
… to nazwa opatentowanego elementu wyrównującego ciśnienie firmy FST, który łączy dwie funkcje w jednym komponencie. Podczas normalnej pracy pozwala on akumulatorowi samochodu elektrycznego „oddychać”, co technicznie określa się mianem „dwukierunkowego wyrównywania ciśnienia”. Po drugie, w przypadku „ucieczki termicznej”, DIAvent rozprasza powstałe nadciśnienie z dużą szybkością odgazowywania. Innowacja ta jest dostępna w różnych wersjach. Model HighFlow może czterokrotnie zwiększyć przepływ objętościowy podczas odgazowywania awaryjnego w porównaniu do wersji standardowej. DIAvent Light jest ograniczony do wyrównywania ciśnienia podczas normalnej pracy. Inne warianty są możliwe, na przykład dla akumulatorów dwukołowych pojazdów elektrycznych.
Szynoprzewody …
… są szyny zbiorcze. W akumulatorach litowo-jonowych prąd przepływa z ogniwa do ogniwa nie przez przewody lub kable, ale przez miedziane szyny zbiorcze. Podlegają one również najwyższym wymaganiom w zakresie ochrony przed płomieniami, niezależnie od tego, czy są to proste szyny zbiorcze o długości metra, zakrzywione części formowane czy elementy gwintowane. Aby zapobiec zwarciom i pożarom spowodowanym przegrzaniem, szyny zbiorcze są powlekane trudnopalnymi, elektrycznie izolującymi materiałami lub obudowywane elastomerami. Powlekanie lub osłanianie metali jest jedną z podstawowych kompetencji FST! „To oczywiste, ale często wymaga wyjaśnienia, dlaczego Freudenberg oferuje produkty takie jak szyny zbiorcze. Pracując z klientami, zdajemy sobie jednak sprawę, jak bardzo nasze doświadczenie i wiedza rozwojowa są potrzebne w tych nowych branżach, które wciąż charakteryzują się niepewnością” – mówi Trabert.
Pryzmatyczne nakładki na ogniwa: zakładanie pokrywki
Pokrywy ogniw pełnią ważną funkcję w przesyłaniu energii elektrycznej w akumulatorach litowo-jonowych. Muszą również utrzymywać chemię ogniwa i opary z dala od środowiska, a także uszczelniać dwa bieguny ogniwa i izolować je od siebie. Aby spełnić te zadania, pokrywy składają się z różnych pojedynczych części. „Wiele lat temu opracowaliśmy materiały uszczelniające, które mogą „żyć” z chemią komórkową w sposób odporny na media. Ponieważ specjalizujemy się również w obróbce metalu – czy to w przypadku uszczelnień promieniowych wału, czy uszczelnień trzpienia zaworu – sensowne było wyprodukowanie i zaoferowanie całej pokrywy komory. Duża zaleta dla klientów: Nie muszą oni samodzielnie montować poszczególnych części, od anody po zintegrowany element rozrywający. Dostarczamy im kompletny moduł jako gotowy zespół”, wyjaśnia Trabert.
Ekranowanie EMI: nauka ekranowania tworzyw sztucznych
Systemy czujników, kamer i radarów – komponenty elektroniczne w pojazdach emitują promieniowanie elektromagnetyczne i mogą się wzajemnie zakłócać (termin techniczny: „zakłócenia elektromagnetyczne” (EMI)). Dlatego muszą być one od siebie ekranowane. Albo w obudowach wykonanych z przewodzącego, ale stosunkowo drogiego i ciężkiego metalu, zwykle aluminium. Lub w obudowach z tworzyw sztucznych, do których, na przykład, można bezpośrednio uformować uszczelkę w celu utworzenia stałego połączenia.
W przypadku ekranowania EMI tworzywo sztuczne musi jednak przewodzić prąd elektryczny. Firma FST opracowała kilka rozwiązań w tym zakresie. Jednym z nich jest tak zwana „powłoka EMI”, czyli nakładanie przewodzącej powłoki na powierzchnię plastikowych części. FST współpracuje z BASF nad optymalizacją tego procesu.
eCON: Uszczelki z „wbudowanym piorunochronem”
Firma FST nadal rozwija swoją dotychczasową wiedzę w zakresie uszczelnień dla elektrycznego układu napędowego. Jednym z przykładów są eCON, uszczelnienia promieniowe wału o niskim współczynniku tarcia z „wbudowanym piorunochronem”, tj. zintegrowanym uziemieniem. Wielofunkcyjne uszczelki rozpraszają szkodliwe prądy w łożysku silnika. Zapobiegają w ten sposób uszkodzeniom łożysk, które mogą być spowodowane erozją elektryczną.
Elektrolizery: wodór dla ogniw paliwowych
„Naszym celem jest udział w megatrendzie wodorowym jako przyszłym źródle energii” – mówi Trabert. Elektrolizery wytwarzają wodór za pomocą energii elektrycznej. Działają one podobnie do ogniw paliwowych – ale w odwrotnej kolejności. Podobnie jak w przypadku ogniw paliwowych, stosy elektrolizerów również muszą być uszczelnione. FST dostarcza już płaskie uszczelki i o-ringi, które są odporne na działanie czynników elektrochemicznych. „Obecnie dużym wyzwaniem związanym z elektrolizerami i ogniwami paliwowymi jest obniżenie kosztów poprzez automatyzację produkcji. Naszym pomysłem jest połączenie naszych uszczelek bezpośrednio z ramą lub płytą dwubiegunową w zautomatyzowanym procesie w ramach integracji pionowej, a następnie dostarczenie tej jednostki do klienta jako gotowego modułu. Oszczędza to klientom kilku etapów procesu produkcyjnego” – wyjaśnia Trabert.
Innowacyjne materiały i procesy
Innowacje produktowe często idą w parze z innowacjami materiałowymi i procesowymi – lub nawet ich wymagają. Tak jest na przykład w przypadku materiałów termoprzewodzących (TIM). FST posiada ten przewodzący ciepło i izolujący elektrycznie materiał silikonowy w swoim programie już od kilku lat. Ostatnio firma FST rozwinęła go pod dwoma względami. Po pierwsze, materiał może być teraz przetwarzany w złożone trójwymiarowe geometrie przy użyciu zupełnie nowego procesu formowania wtryskowego. Po drugie, materiał ten może teraz stać się integralną częścią części dwukomponentowych (K). Oznacza to, że może być wtryskiwany bezpośrednio i przylegać do plastiku, aluminium lub miedzi. Taka dwuskładnikowa część z termoplastycznym korpusem bazowym jest od pewnego czasu produkowana seryjnie do podłączenia ładowania samochodu elektrycznego. W szczególności pomaga uczynić ładowanie pojazdu bardziej wydajnym i bezpieczniejszym: Komponent FST „zasila” czujniki informacjami termicznymi. Na podstawie tych informacji proces ładowania może być stale monitorowany i kontrolowany.
