Die Anforderungen an die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge sind hoch

Stephen Moore | 24. Juli 2020

Neben neuen Anwendungen im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen sieht der Spezialchemiekonzern Lanxess großes Potenzial für technische Thermoplaste in der Ladeinfrastruktur der Elektromobilität. Anforderungen an die verschiedenen Komponenten stammen vor allem aus der Elektro- und Elektronikindustrie (E&E) sowie der Automobilindustrie. „Beide Branchen sind seit Jahrzehnten ein Kerngeschäft für unsere Polyamide und Polyester. Deshalb können wir bereits heute maßgeschneiderte Materialien anbieten, die den wichtigsten Standards und Spezifikationen der internationalen E&E- und Automobilindustrie entsprechen und sich ideal für den Einsatz in der Ladeinfrastruktur eignen.“ sagt Sarah Luers, Projektmanagerin in der E&E-Anwendungsentwicklung im Lanxess-Geschäftsbereich High Performance Materials (HPM).

Durethan-Polyamid (PA) und Pocan-Polybutylenterephthalat (PBT) werden hauptsächlich für Komponenten von Ladesteckern und -steckdosen, Ladestationen und Wallboxen – zum Beispiel in Garagen und Carports – sowie für Komponenten in induktiven, kabellosen Ladesystemen für Hochleistungs-Ladegeräte verwendet. Spannungsbatterien. Auch wenn der Standardisierungsgrad im Bereich der Elektromobilität derzeit in vielen Bereichen noch im Gange ist, bieten Polyamide und Polyester bereits vielfältige Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Batterieladung mit Gleich- oder Wechselstrom.

Für Ladestecker werden vor allem unverstärkte Materialien verwendet, da sie eine hohe Formstabilität und Oberflächenqualität bieten, schlagfest und damit mechanisch robust sind und bei Kontakt mit stromführenden elektronischen Teilen auch als flammhemmende Compounds verfügbar sind. Luers: „Ein Beispiel ist das halogenfreie Flammschutzmittel PA 6 Durethan B30SFN30. Bei Entflammbarkeitstests nach der US-Norm UL 94 (Underwriters Laboratories Inc.) erreicht es mit einem Test die Bestnote V-0.“ Körperdicke von 0,75 Millimetern.“ Das Polyamid 6 Durethan B30S eignet sich hingegen ideal für dünnwandige Bauteile wie Steckergriffe, die nicht unbedingt flammhemmend sein müssen.

Angesichts der immer höheren Ladespannungen und -ströme gewinnen auch wärmeleitende Thermoplaste zur Abführung der entstehenden Wärme zunehmend an Bedeutung. Für Bauteile im Umfeld von Ladesteckern eignen sich die mineralischen PA 6-Compounds Durethan BTC965FM30 und BTC77ZH3.0EF mit hohem Füllstoffanteil ideal. Ersteres ist halogenfrei flammhemmend und erreicht im UL 94-Test die V-0-Klassifizierung (0,75 Millimeter). Durethan BTC77ZH3.0EF enthält eine spezielle Mineralfüllung, mit der eine nahezu isotrope Wärmeleitfähigkeit von bis zu 1,8 Watt pro Meter und Kelvin erreicht werden kann. Trotz des hohen Füllstoffanteils weist das Material hervorragende Dehn- und Verarbeitungseigenschaften auf.

Ladesteckdosen erfordern in der Regel eine Kombination aus hervorragender Feuerbeständigkeit, mechanischer Festigkeit und guten Ausdehnungseigenschaften. „Diese Anforderungen erfüllt beispielsweise der halogenfreie, flammwidrige und glasfaserverstärkte Typ Durethan BKV30FN04 PA 6, der auch bei der UL mit der V-0-Klassifizierung gelistet ist“, sagt Luers.

Mögliche neue Einsatzmöglichkeiten für Lade-Wallboxen sind Abdeckungen und Strukturbauteile. Als sichtbare Teile müssen Abdeckungen nicht nur gut überstreichbar und witterungs- sowie UV-beständig sein, sondern auch eine geringe Verzugsneigung aufweisen. Dieses Anforderungsprofil wird beispielsweise von Pocan C1203 erfüllt, einem unverstärkten Blend aus Polycarbonat und Polybutylenterephthalat (PBT).

Typische Anforderungen an Strukturbauteile wie Montagesysteme für Wallboxen sind hohe Flammwidrigkeit, Witterungsbeständigkeit und Kriechfestigkeit gepaart mit hoher Zähigkeit und geringer Verzugsneigung. „Das Material der Wahl ist das hochverstärkte und damit extrem feste und steife Durethan BKV45FN04“, sagt Luers. Das halogenfrei flammgeschützte PA 6 weist eine Höchstspannung von 600 V (CTI A) auf und erreicht die UL 94 V-0-Klassifizierung bei 0,4 Millimetern.

Ein weiterer aktueller Entwicklungstrend ist das induktive und kabellose Laden von Fahrzeugbatterien. Die hier erforderlichen ebenen Boden- und Fahrzeugunterlagen, die unter anderem die induktiven Ladespulen aufnehmen, müssen aus Materialien gefertigt sein, die nicht nur feuerbeständig und mechanisch belastbar sind, sondern auch eine geringe Verzugsneigung und eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen Stärke. Darüber hinaus müssen die Materialien licht- und witterungsbeständig sein und über einen Temperaturbereich von -45 bis +125 °C eine hohe Stabilität ihrer Eigenschaften aufweisen. Ein Material, das für Bodenplatten verwendet werden kann, ist das glasfaser- und glaskugelverstärkte Polyamid 6 Durethan BG30XFN01. Es weist hervorragende Fließeigenschaften auf und ist außerdem äußerst fest und verzugsbeständig. Den UL 94-Test besteht es mit V-0 bei einer Prüfkörperdicke von 0,75 Millimetern. Es verfügt außerdem über eine UL-f1-Zulassung für den Einsatz in Außenanwendungen, die UV-Strahlung und Wasser ausgesetzt sind.

HPM unterstützt Kunden entlang der gesamten Entwicklungskette von Komponenten für die Ladeinfrastruktur der Elektromobilität. Zu den Dienstleistungen gehören die Entwicklung anwendungsspezifischer Materialien und die Optimierung der Verarbeitung. Das Paket umfasst auch Ingenieurleistungen während der Bauteilkonstruktion wie CAE-Simulationen, Mold-Flow-Berechnungen und verschiedene Fertigteilprüfungen. „Außerdem führen wir normgerechte Prüfungen zur UV-Beständigkeit und zum Brandverhalten durch, etwa Glühdrahtprüfungen nach IEC 60695-2-13“, sagt Luers. Zum Leistungsumfang gehören auch elektrische Prüfungen, beispielsweise zur Spannungsfestigkeit nach IEC 60243-1.

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