Wie sich das Risiko von Spannungsrissen in PBT-umspritzten Metallteilen reduzieren lässt

Konstrukteurinnen und Konstrukteure wählen häufig PBT (Polybutylenterephthalat) für zahlreiche Hochleistungsanwendungen in der Elektrotechnik, da es konsistent hohe elektrische Isolationswerte bietet, die unabhängig von der Temperatur sind. Metallkomponenten werden oft mit PBT umspritzt. Werden die so entstehenden Bauteile, wie Stromschienen (Busbars), Gehäuse oder Rahmen, während des Einsatzes wiederholt abrupten Temperaturschwankungen ausgesetzt, kann die "Verbindung" zwischen Metall und Kunststoff problematisch werden. Durch die sehr unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten beider Werkstoffe steigt das Risiko von Spannungsrissen in kontaktintensiven Bereichen. Solche Risse können zu Defekten ganzer Baugruppen führen, was beispielsweise bei Elektrofahrzeugen kostenintensive Reparaturen erforderlich machen würde. Wie bekannt, beeinträchtigen solche Probleme die Langzeitzuverlässigkeit und erhöhen die Lebenszykluskosten des Gesamtsystems.

Hohe Bruchdehnungk gewährleistet eine stabile „Materialverbindung“

Um Sie bei der Lösung solcher Herausforderungen zu unterstützen, haben unsere Materialexperten PBT-Typen entwickelt, die eine hohe Bruchdehnung aufweisen und sich dadurch an thermische Ausdehnung anpassen können, ohne zu reißen oder zu brechen. Diese Eigenschaft hilft Ihnen, vorzeitige Bauteilausfälle zu vermeiden und die Dauerfestigkeit in anspruchsvollen thermischen Umgebungen zu verbessern.

Ein Beispiel für ein derartiges Material ist Pocan® B3233XHR. Der Spritzgießwerkstoff bietet eine sehr hohe Bruchdehnung von 3,6 % und ist das bevorzugte Material für den Befestigungsrahmen eines Inverters, der in Doppelkupplungsgetrieben mit integriertem Elektromotor eingesetzt wird.

Die Integration des Mild-Hybrid-Elektromotors in das Doppelkupplungsgetriebe bringt den Vorteil, dass der Elektroantrieb alle Fahrmodi unterstützt – egal ob Anfahren, Rückwärtsfahren oder Beschleunigen auf der Autobahn. Dies führt zu einer Kraftstoffeinsparung von bis zu 15 %. Für OEMs und Fahrer bedeutet dies ein noch ruhigeres Fahrverhalten und spürbare Kraftstoffersparnisse von bis zu 15 %. Die Getriebe werden in Mild-Hybrid-Fahrzeugen von verschiedenen Automobilherstellern verbaut.

Exzellente Ergebnisse im Thermoschocktest

Der Befestigungsrahmen integriert unter anderem Stromschienen, die über das gesamte Bauteil verlaufen, Pins für den elektrischen Kontakt sowie Schraubdome zur Fixierung des Rahmens und der Leiterplatte. Die Vielzahl der umspritzen Metallkomponenten und das hohe Risiko für Spannungsrisse machten den Einsatz von Pocan® B3233XHR als Spritzgießmaterial erforderlich.

Die herausragende Bruchdehnung des Compounds bleibt auch nach zahlreichen Temperaturzyklen nahezu unverändert, da das Material sowohl eine hohe Hydrolyse- als auch eine ausgeprägte Wärmealterungsbeständigkeit aufweist. Beide Merkmale verhindern, dass der Kunststoff versprödet.e, was eine hohe Funktionszuverlässigkeit der Komponente und dauerhaft gute elektrische Eigenschaften gewährleistet. Wir haben dieses Materialverhalten in umfangreichen Wärmeschocktests geprüft. Zu diesem Zweck wurden Prototypen der Bauteile zahlreichen schnellen und starken Temperaturwechseln unterzogen. Die Tests zeigten, dass der Rahmen diesen extremen Einsatzbedingungen standhält. Dies gibt Ihnen Sicherheit, dass das Material unter realen Einsatzbedingungen zuverlässig funktioniert.

Kaum zu übertreffen: Klassifizierung Klasse 5 im SAE/USCAR-Langzeit-Hydrolysetest

Die exzellente Hydrolysebeständigkeit von Pocan® B3233XHR (Xtreme Hydrolysis Resistant) in heißen und feuchten Umgebungen wurde durch Probenprüfungen bestätigt, die sich an den strengen SAE/USCAR-2 Rev. 7 Langzeitanforderungen der US Society of Automotive Engineers (SAE) orientieren. Die Rezeptur erreichte die höchste Klassifizierung, Klasse 5. Wir haben zudem die Langzeitbeständigkeit des Thermoplasts in Heißluft untersucht. Seine Schlagzähigkeit blieb nach 3.000 Stunden Heißluftlagerung bei 150 °C nahezu unverändert.

Optimiert für eine sichere, zuverlässige und schonende Verarbeitung

Auch die guten Verarbeitungseigenschaften des Materials bieten Vorteile. Es zeigt eine etwa 30 % bessere Schmelzfließfähigkeit als ein Standard-PBT mit gleichem Glasfaseranteil und erreicht eine Performance, die führenden Qualitätsstufen der hochfließfähigen Pocan® XtremeFlow-Produktreihe entspricht. Dank der ausgezeichneten Fließeigenschaften kann der Compound bei niedrigeren Einspritzdrücken verarbeitet werden. Dadurch bleiben Metalleinleger sicher positioniert, was in der Serienfertigung präzise und zuverlässige Ergebnisse liefert.

Zuverlässig dank konstant hoher elektrischer Leistungsfähigkeit

Ein weiterer Vorteil unseres mit Glasfasern verstärkten PBT-Engineering-MaterialsEin wesentliches Merkmal von Verbundwerkstoffen mit 30 % Glasfasern (Gewichtsanteil) ist ihre hohe Dimensionsstabilität. Dies ermöglicht die Fertigung maßhaltiger Bauteile mit engen Toleranzen und reduziert die thermische Ausdehnung bei Temperaturschwankungen. Aufgrund der geringen Wasseraufnahme bleiben die elektrischen Eigenschaften – wie die für PBT typische hohe Durchschlagfestigkeit und Kriechstromfestigkeit – stabil und unterliegen keinen Schwankungen. Darüber hinaus weist die Formmasse nur eine geringe Neigung zur elektrochemischen Korrosion in Kontakt mit Metallteilen auf.

Fein abgestimmt: Umfassendes Portfolio an Pocan® XHR

Pocan® B3233XHR und weitere Varianten der XHR-Produktfamilie bieten ein hohes Anwendungspotenzial im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen. Einsatzbeispiele sind vielfältige Gehäuse für Steuergeräte, Steckverbinder, Stromschienen (Busbars) und umspritze Statoren. Die XHR-Produktreihe umfasst ungefüllte Compounds sowie Compounds, die mit bis zu 30 % kurzen Glasfasern verstärkt sind, flammgeschützte Materialvarianten sowie ein Produkt mit hoher Kriechstromfestigkeit von 600 Volt (CTI A). Dieses breite Portfolio ermöglicht die präzise Auswahl der optimalen Type für Ihre Anforderungen an Performance, Sicherheit und Verarbeitung.

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