Freie Fahrt für den Wärmetransport

In der Regel kombinieren Werkstoffe elektrische und thermische Leitfähigkeit oder sie isolieren sowohl gegen Stromfluss als auch gegen Wärme. Die Ingenieure von Freudenberg Sealing Technologies haben nun ein Elastomer entwickelt, das eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit mit elektrisch isolierenden Eigenschaften verbindet. Dazu kombinieren sie einen Silikonkautschuk mit speziellen Füllstoffen. Genutzt werden soll das neuartige Material vor allem in Bauteilen für Elektroautos, denn Halbleiter und andere stromführende Bauteile arbeiten nie vollständig verlustfrei. Die nicht für das Rechnen oder Schalten verwendete elektrische Energie muss als Abwärme in die Umgebungsluft oder an ein Kühlsystem abgegeben werden. Hierfür werden elektronische Bauteile beispielsweise in ein thermisch leitfähiges Aluminiumgehäuse montiert, die entweder per Kühlwasser oder per Konvektion die Wärme abtransportiert. Der Wärmetransport ist dabei umso effizienter, je enger die Leiterplatte an den Kühlkörper angebunden ist. Bereits eine für das menschliche Auge unsichtbare Oberflächenrauheit der Materialien kann die Wärmeleitfähigkeit entscheidend mindern.

Modifiziertes Silikon

Dass sich die Freudenberg-Experten für Silikon – einen im Automobilbau bislang eher selten verwendeten Werkstoff – als Grundmaterial entschieden haben, begründet Armin Striefler, Senior Application Manager bei Freudenberg Sealing Technologies, so: „Unser Werkstoff verliert seine Eigenschaften über einen sehr hohen Temperaturbereich von minus 50 bis plus 250 Grad Celsius nicht, ist dabei aber durch eine relativ geringe Kraft deformierbar.“ Spritzt man ihn auf eine Metalloberfläche, füllt er dort winzige, durch die Rauheit entstehende Lücken, was nicht nur den Wärmeübergang verbessert, sondern auch eine Haftung ohne zusätzliche Oberflächenbehandlung ermöglicht. Der von Freudenberg entwickelte Werkstoff besitzt eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit von mindestens 20 Kilovolt pro Millimeter. Durch die Zugabe der Füllstoffe wird die Wärmeleitfähigkeit von 0,2 auf 1,6 bis 2 Watt pro Meter und Kelvin erzielt. Zum Vergleich: Luft verfügt bei Normalbedingungen über eine Wärmeleitfähigkeit von 0,026. Die Füllstoffe selbst sind spezielle Metallverbindungen, das Know-how von Freudenberg bezieht sich vor allem auf deren Kombination und die Weiterverarbeitung.

Perspektiven für das Elektroauto

Eine erste Serienanwendung für die neue Materialklasse könnte die Ladedose von Elektrofahrzeugen werden. Dabei muss das neue silikon-basierende Material sowohl thermisch leitfähig als auch elektrisch isoliert sein, um die Sicherheit und Performance des Systems sicher zu stellen. Erste Prototypen für die Ladebuchse mit integrierter Sensorik werden derzeit von einem Autohersteller bereits getestet.