Hochvoltanwendungen: Schwachpunkt Grenzflächen

Mit der immer größeren Verbreitung der Hochvolttechnik in der E-Mobility entstehen auch neue Problemfelder, die Automobilbauer (OEM) und Zulieferer so bislang nicht kannten. Denn bei Betriebsspannungen unter 100V (12VDC, 24VDC und 48VDC) treten Erscheinungen wie Gleitentladungen nicht auf. Doch ab 400VAC können Gleitentladungen (Partial Discharge) zu Problemen führen, die bislang im Automobilbau eher unbekannt waren.

Zu der hohen Belastung durch die elektrische Feldstärke kommen im Fahrzeug weitere Einflüsse wie Wärme, Vibration, Feuchtigkeit und Klimawechsel. Dies alles kann bei fehlerhafter Betrachtung der eingesetzten Isolierstoffe zu mittel- oder langfristigen Ausfällen führen. Insbesondere die Baugruppen DC/DC Wandler, Elektromotor und Batterieladeeinheit bzw. Frequenzumrichter (Rektifier) für die Motoransteuerung sind betroffen.

Hintergrund: Meist betrachtet man die Spannungsfestigkeit eines Isolierstoffes im weitgehend senkrecht auf dem Material stehenden elektrischen Feld. Allerdings kann sich an z.B. Durchführungen durch geerdete Gehäuseteile oder anderen abrupten Übergängen das elektrische Feld tangential, also  entlang der Oberfläche eines Isolationswerkstoffes, ausbilden. Diese Grenzfläche hat oft eine deutlich niedrigere elektrische Festigkeit als der Isolator selbst. Diese geringere Durchbruchspannung kann sich auf den Isolationsstoff auswirken.

Durch die geringere elektrische Festigkeit der Grenzfläche können sich erheblich früher energiestarke Zündungen von Entladungen bilden. Diese führen zur Erodierungen der Isolierstoffoberfläche und schließlich zu deren Versagen. Die einfachste Maßnahme gegen das Entstehen von Leitpfaden ist natürlich, die Geometrie großzügig auszulegen. Denn Distanz reduziert die Feldstärke und vermeidet Gleitentladungen. Dies widerspricht allerdings heutigen Wünschen nach Kompaktheit.

Neben dem Einsatz von Werkstoffen, die gegen diese Art der Zerstörung durch Gleitentladungen beständiger sind (zum Beispiel guter cti-Wert oder hoher Gehalt an anorganischen Füllstoffen), kann man mit halbleitenden Produkten eine Feldsteuerung erreichen. Diese Feldsteuerung kann resistiv und/oder kapazitiv sein.

CMC Klebetechnik bietet für den „sanften“ Übergang und zur Lenkung des elektrischen Feldes halbleitende Produkte (z.B. Halbleiterkrepp) an, mit denen Gleitentladungen vermieden werden können. Alternativ können bei entsprechend kompakter Bauweise, in der kein Platz für halbleitende Beläge vorhanden sind, auch Isolationsklebebänder mit großer Teilentladungsfestigkeit eingesetzt werden. Dies sind z.B. Klebebänder aus dem Produktbereich CMC 27xxx, die mit einem cti-Wert=0 sehr gute Beständigkeit gegenüber der Ausbildung von Gleitentladungswegen haben. Oder man verwendet zum Beispiel Kapton® CR und Kapton® MT, die beide durch die Füllung mit anorganischen Stoffen eine erhöhte Coronabeständigkeit besitzen. Alternativ kann auch Kapton® FN verwendet werden, dessen Fluorpolymerbeschichtung die Teilentladungsfestigkeit signifikant erhöht.

Alle Produkte können einseitig selbstklebend geliefert werden. Auch Stanzteile und kundenindividuell zugeschnittene Rollen sind möglich. Selbst die Beschichtung v on wärmeleitendem Kleber anstelle des üblichen PSA kann bei entsprechenden Mengen angeboten werden.