19.09.2023 Mediendichte Umspritzung von rechteckigen Busbars

In vielen Elektrofahrzeugen kommen ölgekühlte Elektromotoren zum Einsatz. Hier muss die medienempfindliche Leistungselektronik des Inverters vor Öl aus dem E-Motor geschützt werden. Aber auch andere Gehäusedurchführungen von elektrischen Leitern mit rechteckigem Querschnitt, wie etwa bei gekühlten Batterien sowie Ölpumpen, können eine Dichtheitsanforderung entlang der metallischen Leiter haben. Dies verlangt eine dauerhafte Dichtigkeit entlang der stromführenden, rechteckigen Leiter („Busbars“). Steckverbinder mit rechteckigem Leiterquerschnitt sind jedoch für eine vollständige Abdichtung ganz besonders herausfordernd.

Die bislang eingesetzten Stromsammelschienen werden aus Kupfer oder Aluminiumblechen ausgestanzt und anschließend in die gewünschte Dimension gebogen. Der verfahrensbedingt resultierende rechteckige Leiterquerschnitt ist nicht ideal für eine Abdichtung mit Standarddichtungen, da die Ecken des Querschnitts keine robuste Kompression des Dichtwerkstoffs zulassen. Auch das partielle Verprägen der Kanten oder das Anprägen von Strukturen zur Erhöhung der Kontaktoberfläche führt nicht zu einer ausreichenden Dichtungsperformance. Nachbearbeitungsverfahren wie das Potting sind zeitaufwändig und – ähnlich wie das Verkleben – ein schwer industrialisierbares Verfahren. Zudem wird Platz benötigt, in welchem das Pottingmaterial eingefüllt wird – dies schränkt die Designfreiheit der Busbars ein.

Freudenberg Sealing Technologies hat jetzt eine Lösung entwickelt, die rechteckige Busbars sicher abdichtet und damit verbundene Schäden an der Leistungselektronik der E-Fahrzeuge verhindern kann. Diese patentierte mediendichte Umspritzung von rechteckigen Busbars beinhaltet eine elastomere Schicht, welche auf den rechteckigen Busbars aufgebracht ist und sich im weiteren Herstellungsprozess stoffschlüssig mit dem metallischen Leiter und dem umgebenden Kunststoff verbindet. Die Abdichtung von rechteckigen Formen gilt als Königsdisziplin in der Dichtungstechnik, da in den Ecken häufig Leckage-Stellen auftreten. Dank der Elastomerschicht zwischen Metall und Kunststoff ist es nun möglich, mediendichte Busbars zu realisieren – und das auch noch enorm platzsparend, da Komponente und Dichtung quasi eins werden. Die neue Dichtungsanordnung der Busbars funktioniert so, dass ein mediendichter Verbund durch eine chemische Vorbehandlung der Leiteroberfläche mittels Primer und Aufbringen einer besonderen elastomeren Beschichtung erfolgt. Damit entsteht eine stoffschlüssig verbundene Zwischenschicht. Daran schließt sich das Thermoplast-Spritzgießen an. Das elastische Material basiert vorzugsweise auf vulkanisierbaren Elastomeren, wie FKM, AEM, ACM, HNBR, NBR, EPDM, aber auch thermoplastische Elastomere (TPE) können eingesetzt werden. Durch die flexible Beschichtung wird zugleich eine geringere Beanspruchung des Grenzbereichs zwischen Kupfer und Thermoplastmatrix erreicht. Die elastische Beschichtung reduziert die Kerbwirkung an den Leiterkanten, was die Spannungsrissanfälligkeit des Elektronik-Bauteils minimiert.