Für ein Kühlelement am Laderegler eines Elektro-Sportwagens wurde ein PA 6 unter Beibehaltung der elektrisch isolierenden Eigenschaften wärmeleitfähig modifiziert. Trotz 68 Gew.% des mineralischen Füllstoffs zeigt das Material noch eine hohe Fließfähigkeit.
Thermisch leitfähig eingestellte Kunststoffe haben im Wärmemanagement von Ladesystemen für Elektrofahrzeuge großes Einsatzpotenzial. Ein Beispiel dafür ist der Laderegler im vollelektrischen Fahrzeug eines süddeutschen Sportwagenherstellers. Der Regler enthält ein Kühlelement, das die Wärme abführt, die beim Laden der Batterien in den Steckerkontakten des Reglers entsteht. Das Kühlelement besteht aus dem wärmeleitfähigen und elektrisch isolierenden PA 6 Durethan BTC965FM30 von Lanxess, Köln. „Unser Konstruktionswerkstoff verhindert nicht nur ein Überhitzen des Ladereglers, sondern erfüllt auch die strengen Anforderungen an die Flammwidrigkeit, Kriechstromfestigkeit und Formgebung“, erklärt Dr. Bernhard Helbich, technischer Key Account Manager bei Lanxess. Hersteller des kompletten Ladesystems für den Sportwagen ist die Leopold Kostal GmbH & Co. KG in Lüdenscheid, ein weltweit agierender Systemlieferant von Automobil-, Industrie- und Solarelektrik sowie elektrischen Kontaktsystemen.
Das Kühlelement des Ladereglers für den Elektro-Sportwagen besteht aus einem wärmeleitfähigen PA 6. (Foto: Lanxess)
Effiziente Wärmeabfuhr mit speziellen Mineralpartikeln
Laderegler haben die Aufgabe, den von der Ladestation eingespeisten Dreh- oder Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln und den Ladevorgang zu kontrollieren. So begrenzen sie zum Beispiel Ladespannung und -strom, um ein Überladen der Batterie zu verhindern. Durch die Steckerkontakte im Laderegler des Sportwagens fließt ein Strom mit einer Stärke von bis zu 48 A, was beim Laden zu einer beträchtlichen Wärmeentwicklung führt. „Unser Polyamid ist mit speziellen mineralischen Wärmeleitpartikeln gefüllt, die diese Wärme effizient abführen“, so Helbich. Das Compound hat dank der Partikel eine hohe Wärmeleitfähigkeit von 2,5 W/(m*K) in Fließrichtung seiner Schmelze (in plane) bzw. von 1,3 W/(m*K) senkrecht dazu (through plane).
Freiheiten im Bauteildesign
Der halogenfrei flammgeschützte PA-6-Werkstoff sorgt außerdem für eine hohe Brandwidrigkeit des Kühlelements. Wie gefordert besteht er den UL 94-Brandtest des US-Prüfinstituts Underwriters Laboratories Inc. mit der besten Einstufung V-0 (0,75 mm). Zu mehr Sicherheit trägt auch seine hohe Kriechstromfestigkeit bei. Sie zeigt sich in einem CTI A-Wert von 600 V (Comparative Tracking Index, IEC 60112). Helbich: „Die Kriechstromfestigkeit eröffnet dem Konstrukteur mehr Freiheiten in der Formgebung des Bauteils, da er elektrische Baugruppen noch kompakter anordnen kann, ohne Kurzschlüsse und Gerätedefekte durch Kriechströme befürchten zu müssen.“ So ist das Kühlelement neben Führungen und Rippen mit sechs eng aneinander liegenden Kammern zur Aufnahme der Steckerkontakte ausgestattet.
Gutes Verarbeitungsverhalten
Trotz des hohen Gehalts an wärmeleitfähigem Füllstoff von 68 Gew.% zeigt das PA 6 noch eine gute Fließfähigkeit. „In seinem Verarbeitungsverhalten ähnelt das Material hochverstärkten Polyamid-6-Typen, die bis zu 60 Gewichtsprozent Glasfasern enthalten“, erläutert Helbich. Einsatzpotenzial besteht für den wärmeleitenden Thermoplasten auch bei Bauteilen für die Batterie von Elektrofahrzeugen wie Steckern, Kühlkörpern, Wärmetauschern und Trägern von Leistungselektronik.
