Elektrifizierung

Die Elektrifizierung verändert die Lieferkette für Automobilteile und zwingt Hersteller von Gummiprodukten dazu, ihre etablierten Fachgebiete in der Materialwissenschaft und -technologie um neue Fähigkeiten zu erweitern.

Insbesondere Elektrofahrzeuge werden weitaus weniger Komponenten benötigen, da Software und Halbleitergeräte mechanische Teile ersetzen, die traditionell in Kraftübertragungs- und Handhabungssystemen verwendet werden. Diese Entwicklungen sind für Anbieter von Gummimaterialien und -produkten, die auf der breiten Palette von Standard- und Spezialpolymeren basieren, von großer Bedeutung.

Der Druck, auf diese Trends zu reagieren, ist groß: Claus Moehlenkamp, ​​CEO von Freudenberg Sealing Technologies, schätzt beispielsweise, dass FST 70 Prozent des Automobilabsatzes verlieren könnte, wenn es sich nicht entsprechend anpasst.

„Jeder Zulieferer, der sich stark auf die vom Verbrennungsmotor abgeleiteten Antriebssysteme konzentriert, ist gefährdet und wird auf lange Sicht herausgefordert“, sagte Moehlenkamp kürzlich in einer Präsentation.

Dennoch geht er davon aus, dass Verbrennungsmotoren in naher Zukunft weiterhin von entscheidender Bedeutung sein werden, insbesondere da der Absatz von Plug-in-Hybriden mit Elektroantrieb und Verbrennungsmotoren wächst. FST hat Jahre damit verbracht, Komponenten zu entwickeln, die einige der schwierigsten ICE-Herausforderungen der Automobilindustrie bewältigen, mit Entwicklungen wie reibungsfreien Dichtungen und Dichtungen.

„Diese Lösungen müssen nun neu ausgerichtet werden, um auch die besonderen Herausforderungen batteriebetriebener und Brennstoffzellensysteme anzugehen“, sagte Moehlenkamp. „Dichtungstechnologien, die die Reibung verringern, Leistung und Effizienz steigern und beispielsweise Anforderungen an Leichtbau und kompakte Bauweise erfüllen, werden im Zeitalter der neuen Mobilität gleichermaßen wichtig sein“, sagte er.

FST, fügte Moehlenkamp hinzu, führt „einzigartige Dichtungslösungen“ ein, um unter anderem Wärmemanagement, höhere Sicherheitsstandards, elektrische Übertragung, elektromagnetische Abschirmung und eine längere Lebensdauer zu berücksichtigen.

Wendepunkt

Das Aufkommen von Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen trägt zu einem starken Wachstum der Nachfrage nach elektrischen Kabeln und Steckverbindern bei, glaubt Hans Peter Wolf, Leiter Forschung und Entwicklung für Silikonkautschuk bei der Dow Silicones Deutschland GmbH.

Laut Wolf wird die Nachfrage nach Automobilelektroniksystemen voraussichtlich jährlich um rund 16 Prozent wachsen. Bis 2025 werden Elektro-/Hybridfahrzeuge ein Drittel der Automobilproduktion ausmachen.

„Und wo es früher etwa 20 bis 40 elektrische Anschlüsse an einem Fahrzeug gab, sind es heute 2.000 bis 4.000 solcher Gummiteile, Tendenz steigend“, sagte Wolf in einem Interview auf der DKT 2018 in Nürnberg.

Als Beispiele führte Wolf an, dass die Zahl der Kabelanschlüsse im Jahr 2011 von 45 im VW Beatle auf über 2.100 in einem moderneren Auto gestiegen sei – ein Trend, der sich in den letzten Jahren noch beschleunigt habe.

Obwohl es sich hierbei um kleine Gummiteile handelt, sagte er, dass sie in Millionenstückzahlen produziert würden, was zu einem „enormen Anstieg“ der Volumennachfrage nach Silikonkautschukmaterialien führe.

Auch Thomas Koeppl, Gruppenproduktmanager der Hexpol TPE GmbH, stellte fest, dass die Nachfrage nach thermoplastischen Elastomeren aufgrund des sprunghaft gestiegenen Verkabelungsaufwands durch die Elektrifizierung von Fahrzeugen steigt.

In diesem Anwendungsbereich würden TPEs vor allem bei der Ummantelung oder Innenisolierung von Kabeln eingesetzt, insbesondere bei solchen, die optimale Biegefestigkeitseigenschaften erfordern.

Neben Anforderungen wie Beständigkeit gegenüber Hitze und aggressiven Medien müssen alle Verkabelungsmaterialien strenge Standards und Spezifikationen hinsichtlich Flammschutz und Rauchentwicklung erfüllen – idealerweise unter Verwendung von halogenfreien Flammschutzmitteln.

Von Batterien könne eine erhebliche Brandgefahr ausgehen, sagte Koeppl und wies darauf hin, dass Hexpol spezielle flammhemmende Verbindungen für Spritzgussteile wie Dichtungen und Tüllen entwickelt habe.

Eine weitere Materialanforderung in Elektrofahrzeugen betrifft Leitfähigkeit und antistatische Eigenschaften in Anwendungen wie Touchpanels, Anzeigesystemen und Kabelmanagementteilen. Für diese Anwendungen verwies der Hexpol-Manager auf die Verfügbarkeit von TPEs mit Widerständen zwischen 10 Power3 und 10 Power8 Ohm.

Lärm und Vibration

In einem weiteren Vortrag auf der DKT 2018 stellte Florian Lübke von ContiTech fest, dass „Elektrofahrzeuge neue Herausforderungen an die Motorlagerung stellen, unter anderem weil der Motor Anregungen bei höheren Frequenzen erzeugt.“

Daher werde derzeit daran gearbeitet, die Hochfrequenzeigenschaften von Elektrofahrzeugen zu optimieren, einschließlich der Konstruktionsmerkmale und der verwendeten Dämpfungsmaterialien, sagte Lübke.

Er fügte hinzu, dass die Konstrukteure auch die Geräuschwahrnehmung der Fahrzeuginsassen berücksichtigen müssen, einschließlich hochfrequenter Luftgeräusche und des Fehlens überlappender Geräusche in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor.

Da ein Elektromotor weitgehend geräuschlos läuft, fallen andere Geräusche insbesondere im Fahrgastraum stärker auf. Autobauer, so Lübke, suchten daher nach Materialien und Bauteilen für den Innenraum, die optimierte schalldämmende Eigenschaften hätten.

„Automobilhersteller suchen nach Möglichkeiten, den Körperschall zu optimieren. Continental kann mit seinen Motorlagersystemen und entsprechenden Komponenten einen wesentlichen Beitrag leisten.“

Herausforderungen im Zusammenhang mit Gummi-Vibrations-Montagelösungen für Elektrofahrzeuge standen auch im Mittelpunkt einer Präsentation von Rob Wardrop von DTR VMS auf einer kürzlichen Konferenz der IoM3 Rubber in Engineering Group.

Zu den Themen gehören die Bewältigung der Anwendung hoher Drehmomente in Fahrzeugen und die Reduzierung der Übertragung hochfrequenter Geräusche, sagte er auf dem RIEG Elastomers in Transport-Treffen, das am 29. Juni an der Warwick University in England stattfand

„Die Notwendigkeit einer sehr schnellen Anwendung eines hohen Drehmoments kann zu „Tip-in/Tip-out“-Einwirkungen auf den Rest des Fahrzeugs führen, wenn die den Federweg begrenzende Dämpfung nicht über die Halterungen hinweg ausgeglichen ist“, sagte Wardrop.

DTR VMS verwendet mathematische Modellierung, um Fortschrittsanforderungen einzelner Halterungen zu definieren und die Eindämmung der Drehmomentanwendung zu steuern.

Twin-Shot-Molding, fügte Wardrop hinzu, kann verwendet werden, um unterschiedliche Gummimischungen in verschiedenen Teilen einer Halterung bereitzustellen.

Beispielsweise sagte er: „Der Gummi, der den Hub begrenzt, kann vom linearen Hubabschnitt getrennte Eigenschaften haben, was zusätzliche Abstimmungsmöglichkeiten innerhalb eines begrenzten Bauraums bietet.“

Um die Übertragung von hochfrequentem Lärm zu bekämpfen, beschrieb Wardrop weiter, wie eine Kombination aus Hochfrequenztests und FEA-Studien verwendet werden kann, um Gummigeometrien zu entwickeln, die Elemente enthalten, die Resonanzmodi des Hauptarbeitsabschnitts des Gummis stören. Dies reduziert die Verstärkung der Vibrationsübertragung, die andernfalls auftreten würde, wenn das System diese Frequenzen durchläuft.

Darüber hinaus können Doppelisolationssysteme verwendet werden, um eine verbesserte Isolation bei Frequenzen zu erreichen, die über der Resonanzfrequenz der trägen Masse liegen.

„Da die Elektromotoren den Niederfrequenzbereich sehr schnell durchlaufen, ist der mögliche negative Effekt der Anregung dieser Masse minimal“, sagte Wardrop.

DTR VMS arbeitet mit einer Reihe von OEMs an der Entwicklung von Halterungen für Elektrofahrzeuge, die ab 2021 auf den Markt kommen sollen.

Klebstoffbedarf

Frost & Sullivan prognostiziert unterdessen eine steigende Nachfrage nach Kleb- und Dichtstoffen für die Automobilindustrie, etwa nach Unfallschutzklebstoffen, flüssig aufgetragenen Schalldämpfern und hochtemperaturbeständigen Silikonen.

In einer Studie prognostiziert F&S einen Anstieg der Verbreitung von Elektrofahrzeugen, was zu einer stärkeren Akzeptanz solcher Produkte bei der Teilekonsolidierung und der Verwendung leichter Materialien als Ausgleich für schwere Batteriepakete führen wird.

„Aufgrund des wachsenden Bedarfs an der Verklebung unterschiedlicher Substrate, zunehmender Sicherheitsbedenken und dem Fokus der OEMs auf die Verbesserung des ästhetischen Erscheinungsbilds ergeben sich Chancen“, sagte Leonidas Dokos, Geschäftsbereichsleiter für Chemikalien und Materialien, EIA bei F&S.

Er wies auch darauf hin, dass die Hersteller „fortgeschrittene Kleb- und Dichtstoffe entwickeln müssen, die eine überlegene Leistung gegenüber derzeit verwendeten Silikonmaterialien in Motor- und Getriebekomponenten sowie bei öligen Substraten bieten“.

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