Technische Kunststoffe für die Automobil-Elektrik

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1 Technische Kunststoffe für die Automobil-Elektrik Produkte, Anwendungen, Richtwerte Weitere Informationen zu den jeweiligen Produkten:

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3 1 Technische Kunststoffe für die Automobil-Elektrik Navigationshilfe Produkte und Anwendungen Ultramid 3.2 Ultradur 3.3 Ultrason 3.4 Ultraform Problemlöser Elektromobilität 4.2 Laserstrahlschweißen 4.3 Spritzgegossene Schaltungsträger 4.4 Bleifreies Löten 4.5 Ultrasim 4.6 Verarbeitungsservice und Prüftechnik Sortimentsübersicht Ultramid 5.2 Ultradur 5.3 Ultraform 5.4 Ultrason

4 1 Technische Kunststoffe für die Automobil-Elektrik Innovation im Fahrzeugbau wird entscheidend durch elektrische, elektronische und mechatronische Systeme geprägt. Neue Fahrerassistenzsysteme, vernetzte Mobili tät und Elektromobilität werden diese Entwicklung in Zukunft noch weiter beschleunigen. Technische Kunststoffe ermöglichen dabei oft erst die innovativen Lösungen, die elektronische Systeme heute im Bereich Sicherheit, Komfort und Energieeffizienz moderner Fahrzeugkonzepte unverzichtbar machen. Von der einfachen Flach sicherung bis hin zur modernen Leistungselektronik kaum eine Anwendung ist ohne Kunststoffe denkbar und wird oft erst durch leistungs fähige Thermoplaste sicher und ökonomisch darstellbar. Wo Strom fließt, müssen Kunststoffe ausgezeichnete elektrische Eigenschaften, gute mechanische Werte und eine hohe Wärmeformbeständigkeit besitzen. Im Fahrzeugbau kommen dazu noch teils extreme Anforderungen an die Medien-, Witterungs- und Wärmealterungsbeständigkeit. Weitere Dauerthemen sind Aspekte der Miniaturisierung und Gewichtseinsparung. Verarbeitungstechnik und Produktionsprozesse sollen großserientauglich und kosteneffizient sein; Komponenten und Baugruppen müssen die hohen Qualitätsstandards der Automobilhersteller sicher erfüllen. Selbstverständlich sind darüber hinaus Forderungen nach bestmöglicher Umweltfreundlichkeit und Ressourcenschonung, z. B. durch geringe Emissionen über den gesamten Produktlebenszyklus. Auch hier erlaubt die Auswahl geeigneter Kunststoffe, nachhaltige Lösungen umzusetzen. Die fortschreitende Globalisierung der Automobil- und Zulieferindustrie verlangt die Verfügbarkeit qualitativ hochwertiger Kunststoffe in allen Regionen und die umfassende Betreuung und Unterstützung von Entwicklungszentren und Produktionsstätten rund um den Globus. BASF ist stolz darauf, seit Jahrzehnten ein bewährter und zuverlässiger Partner der Automobilindustrie zu sein und gemeinsam mit den führenden Automobilherstellern und der Zulieferbranche an Lösungen für die Zukunft zu arbeiten. 4

5 Lautsprechergitter 5

6 2 Navigationshilfe Kategorie Anwendung Ultramid Ultradur Ultraform Ultrason Bordnetz Sicherungs-, Verteilerboxen und Relaisträger 9 Relais, Schalter und Mikroschalter 10, , 33 Flachstecksicherungen 31 Kabelbaum und Befestigungsmittel Lichtmaschinenabdeckungen 13 Kohle-, Kontakt- und Bürstenträger 13 Batterieträger und -halter 10 Antrieb Getriebesteuergeräte Automatik / DKG Chassis und Bremsen Sicherheits-, Bedien- und Komfortsysteme Multimedia / Infotainment Ölsensoren Temperatur- / Druck- / Positions- / Durchflusssensoren 10, 11, 15, 16, Luftmassenmesser 19, 27, 41 Drosselklappensteller Zündsysteme, Zündspulen und Kabelkanäle Lüfter, Zargen und Lüftersteuerungen 10 Kühl- / Ansaugluftklappen und Stellantriebe 10 24, 27 Nockenwellensteuerungen und Aktuatoren Kühlmittelpumpen und Ventile 10, Bauteile im Heißbereich ( Aufladung, AGR 2 ) ABS 3 / ESP 4 - Steuergeräte 18, 27 ABS-Radsensoren 11, 15 Elektronische Parkbremse Elektronische Lenkung / Lenkunterstützung Lenkwinkel- und Drehmomentsensoren 19 Positions- / Winkel- / Neigungs- / Drehratensensoren Airbag-Steuergeräte und Crash-Sensoren 18 Komfort-,Tür- und Sitzsteuergeräte 18, 23 Schließsysteme und Funkschlüssel 12 21, Armaturentafel und Instrumentierung Lenksäulensysteme und Lenkstockhebel 12, 14, Bedienelemente und Schalter 12, 43 34, 35 Klimatisierung und Lüftung 22, 23 Fensterheber, Spiegel-, Schiebedachantriebe 21, Steuerungen / Sensoren für Assistenzsysteme Aktuatoren und Stellantriebe 10 21, 22, Zahnräder und Gleitelemente IR-, Radar- und Videosensorik Antennen 24 Displays 30 Steckverbinder 8, 9 20, 21 Lautsprechergitter und Abdeckungen Doppelkupplungsgetriebe 2 Abgasrückführung 3 Anti-Blockiersystem 4 Elektronisches Stabilitätsprogramm

7 Kategorie Anwendung Ultramid Ultradur Ultraform Ultrason Beleuchtung Scheinwerferreflektoren und Blenden Innenraumbeleuchtungen 29 Signalleuchten 29 Lampenfassungen 29 IR-transparente Bauteile 29 Leuchtweitenregler und Kurvenlichtantriebe Kraftstoffsystem Kraftstoffpumpen und Tankeinbauten Ventile und Kupplungen Tankgebereinheiten Kraftstoffdruck- und Durchflusssensoren Elektrisch leitfähige Bauteile ( SAE J1645) 34 Alkohol-/ Biokraftstoff-beständige Bauteile 14, AdBlue -beständige Bauteile 34 Steckverbinder Wire-to-wire 8 20, 27 Elektromobilität, EV / HEV-Komponenten Spezielle Anforderungen Wire-to-board 8 20, 27 Airbag-Steckverbinder 20 Verriegelungssysteme 8 20 Mediendichte Verbindungen 8 20 Einpresskontakte / Stitchkontakte 8 18, 20 Nutzfahrzeug-Steckverbinder 26 Getriebe-Steckverbinder Hochvolt-Steckverbinder Batteriegehäuse und -träger 10, Zellenrahmen, Zellmodule Batteriemanagementsysteme Ladegeräte, Ladesteckvorrichtung Wandler / Regler / Leistungselektronik Batteriekühlsysteme 37 Zusatzheizer und Wärmetauscher 39 Gehäuse für Elektromotoren 17, Elektrische Pumpen und Kompressoren 17, Brandschutz FMVSS Flammschutz UL 94 - V 0 / V Flammschutz ISO CaCl 2 / ZnCl 2 Beständigkeit 14, Elektrolytbeständigkeit Laserschweißen, Lasertransparenz 12, 40 18, 27, 40 Laserbeschriftbarkeit Laserdirektstrukturierung 14, Spritzgegossene Schaltungsträger, 3D-MID 5 14, Bleifreies Löten, Reflow-Löten, SMD 6 -Bestückung 13, 43, D-MID = 3-Dimensional Molded Interconnect Device 6 SMD = Surface Mounted Device 7

8 3 Produkte und Anwendungen 3.1 Ultramid Marken Die Ultramid Marken der BASF sind Formmassen auf der Basis von PA 6, PA 66, verschiedenen Co-Polyamiden wie PA 66 / 6 und teilaromatischem Polyamid. Die hervorragende mechanische Festigkeit und Zähigkeit, die bewährte Medienbeständigkeit, die guten elektrischen Isoliereigenschaften und nicht zuletzt die exzellente Verarbeitbarkeit machen Ultramid zu einem Werkstoff, der sich in nahezu allen Bereichen der Automobilelektrik und -elektronik einen festen Platz erobert hat. Ultramid ermöglicht äußerst robuste Konstruktionen, wie sie für viele der im Automobilbau gängigen wire-to-wire und wire-to-board Steckverbinder gefordert wird. Die gute Zähigkeit und Vibrationsfestigkeit gewährleisten einen sicheren Betrieb selbst unter widrigen Umwelteinflüssen und eine unproblematische Handhabung bei der Montage oder bei Servicearbeiten. Die gute Verarbeitbarkeit erleichtert es, komplexe Steckverbinder und Verriegelungssysteme zu realisieren und sie in Mehrfachwerkzeugen ökonomisch zu fertigen. Metallteile, Kontaktstifte oder Kabel können direkt im Werkzeug umspritzt werden. Die gute Zähigkeit und Bindenahtfestigkeit erlaubt es aber auch, Einpresskontakte nachträglich in den Kunststoffkörper einzupressen oder Crimpkontakte einzuklipsen. Dauerelastische Dichtungen auf Silikon- oder TPE 7 - Basis können mit guter Haftung im 2K 8 -Spritzgussverfahren direkt angespritzt werden. Die problemlose Realisierbarkeit von Schnappverbindungen oder Filmscharnieren erweitert zusätzlich die möglichen Designvarianten für den Konstrukteur. 7 TPE = Thermoplastische Elastomere 8 2K = Zwei-Komponenten Steckverbinder 8

9 Das Ultramid Produktportfolio bietet maßgeschneiderte Werkstoffe für nahezu jede Steckverbinderanwendung. Sowohl PA 6 als auch PA 66 stehen unverstärkt oder mit Glasfasergehalten von 15 bis 50 % zur Auswahl. Verschiedene Stabilisierungen oder zähmodifizierte Produkte erleichtern dem Entwickler zusätzlich die optimale Abdeckung seines Lastenhefts. Typische Werkstoffe für Steckverbinder sind z. B. Ultramid B3EG6 oder Ultramid A3EG7. Zunehmend schärfere Einsatzbedingungen resultieren in steigenden Anforderungen bzgl. Einsatztemperaturen, Klimawechselbeständigkeit, Dichtigkeit oder Vibrationsfestigkeit. Sie fordern so große Sorgfalt bei der Werkstoffauswahl. Aufgrund des breiten Produktportfolios der BASF und langjährigen Erfahrungen können unsere Experten die Lösung finden, die für den Einsatzzweck am besten ist. Ultramid hat sich für große und komplexe Bauteile wie Sicherungsund Relaisboxen bewährt, die sowohl im Innenraum als auch direkt im Motorraum installiert sein können. Diese oft mehrteiligen elektromechanischen Module dienen heute nicht mehr nur der Stromversorgung, Stromverteilung und Kurzschlussabsicherung, sondern integrieren zunehmend zentrale Steuerungsfunktionen. Dies trägt dazu bei, die Komplexität des Bordnetzes und damit Bauraum, Gewicht und Störanfälligkeit zu reduzieren. Durch Ausnutzung der vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten lassen sich mit Ultramid optimale Lösungen für alle Einbausituationen finden. So ermöglichen z. B. Schnappverbindungen die einfache Montage mehrteiliger Module für flexible Plattformkonzepte. Um die anspruchsvollen Anforderungen dauerhaft zu erfüllen, wird in der Regel auf PA 6 zurückgegriffen. So haben sich z. B. Ultramid B3WG6 oder das zähmodifizierte B3ZG3 bestens bewährt. Für Gehäuse und Abdeckungen stehen außerdem spezielle glasfaser-/glaskugel-/ mineralgefüllte Materialien wie Ultramid B3GK24 oder B3WGM24 zur Verfügung. Sicherungs- und Relaisbox 9

10 3 Produkte und Anwendungen Produkte mit hohem Glasfaseranteil wie Ultramid A3WG10 sind für mechanisch hochbelastete Bauteile geeignet und können beispielsweise als Träger oder Halter für schwere Starterbatterien zum Einsatz kommen. Bauteile aus Ultramid sind hervorragend verträglich mit den im Fahrzeugbau üblichen Betriebsstoffen und ersetzen dort sehr oft sogar Metallteile. Die große Gestaltungsfreiheit und die vielfältigen Möglichkeiten der Kunststoffverarbeitung erleichtern dabei die Integration von Zusatzfunktionen, die optimale Bauraumnutzung und die maximale Gewichtsoptimierung. Für Komponenten im Motorraum wie Sensoren, Ventile oder Schalter- und Pumpenteile, die nicht im direkten Kontakt mit dem Kühlmediun stehen, haben sich u. a. Ultramid B3WG6 und Ultramid A3WG6 bewährt. Für Bauteile im Kühlkreislauf in dauerndem Kontakt mit einem Kühlmedium bieten die besonders hydrolysebeständigen Ultramid A3HG6 HR und A3HG6 HRX eine nochmals verbesserte Wasser- und Glykolbeständigkeit und eignen sich daher als Werkstoff für die Kühlerendkappen oder sogar das Pumpengehäuse. Im Motorraum sind darüber hinaus noch viele andere Komponenten aus Ultramid zu finden, die von Kabelschächten über Luftklappensysteme bis hin zu elektrischen Lenksystemen reichen. Elektrische Servolenkung Lüfter Kabelschacht Bei Elektrolüftern, Lüfterzargen und Lüftersteuerungen greifen Kunden auf Produkte wie Ultramid B3WG5, B3WG6 oder A3WG6 zurück, weil sie den harschen Einsatzbedingungen im Motorraum sehr gut gewachsen sind. Selbst große und komplexe Lüfter sind realisierbar. Die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten erleichtern es dem Konstrukteur, Wirkungsgrad und Geräuschentwicklung zu optimieren. Glas-/ mineralverstärkte Produkte wie Ultramid B3WGM24 oder Ultramid B3WGM45 kommen überwiegend bei Zargen und Verkleidungen zur Anwendung. 10

11 Bei Sensoranwendungen hat sich Ultramid als robuster und vielfältiger Gehäusewerkstoff etabliert und wird z. B. für Ölsensoren oder Raddrehzahlsensoren eingesetzt. Die Ölsensoren messen Ölstand und /oder Ölqualität direkt im Motorölkreislauf und funktionieren hier so zuverlässig, dass sie nach und nach den traditionellen Ölpeilstab vollständig verdrängen. Typische Produkte für Sensoranwendungen sind Ultramid A3WG6, A3HG5, A3EG5 und B3WG6 für Radsensoren. Moderne Automatik- und Doppelkupplungsgetriebe integrieren die Getriebesteuerung zunehmend als mechatronische Baugruppe direkt im Getriebe. Der Wegfall von Schnittstellen, Kabeln und Steckverbindern macht die Steuerungen kleiner, leichter und hilft, die Störanfälligkeit zu reduzieren und den Schaltkomfort zu erhöhen. Die Steuerungen sitzen teilweise direkt im Getriebeöl, müssen Öltemperaturen von bis zu 140 C aushalten und zudem eine gute Verträglichkeit mit hoch additivierten Getriebeölen aufweisen. Für diese äußerst anspruchsvolle Anwendung hat sich beispielsweise Ultramid A3WG6 oder A3HG7 bewährt. Diese Produkte erlauben die Umspritzung der sog. Stanzgitter, die zur elektrischen Anbindung der Steuerungskomponenten dienen. Wichtig ist zudem eine gute Vibrationsbeständigkeit der direkt am Getriebe verbauten Bauteile. Ölsensor Getriebesteuerung 11

12 3 Produkte und Anwendungen Für Anwendungen mit besonders empfindlichen elektronischen Bauelementen, hat BASF hochreine Kunststoffe in speziellen Elektronik- Qualitäten entwickelt. Produkte wie Ultramid A3EG6 EQ oder A3EG7 EQ helfen, die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von elektronischen Systemen weiter zu verbessern. Hier können unsere Experten wertvolle Hilfestellung bei der optimalen Produktauswahl leisten. In der Automobilindustrie wird die Laserbeschriftung von Bauteilen als flexible, sichere und dauerhafte Kennzeichnungsmethode, z. B. für die Montagesteuerung oder die Rückverfolgbarkeit im Fehlerfall, angewandt. Sie ersetzt hier beispielsweise weniger dauerhafte Klebeetiketten. Für die Laserbeschriftung und für die moderne Verbindungstechnik des Laserschweißen bietet BASF speziell modifizierte Ultramid Varianten wie Ultramid A3WG6 LS oder Ultramid A3WG6 LT an. LS steht dabei für laserbeschriftbar und LT für lasertransparent bei Laserschweißanwendungen. BASF kann hier auf langjährige Erfahrungen zurückgreifen und bietet Kunden Expertenunterstützung bezüglich Werkstoffauswahl und Verfahrensoptimierung an. Auf die Vorzüge und Möglichkeiten des Laserschweißens, das beispielsweise von der Fertigung von Funkschlüsseln und Sensorabdeckungen bekannt ist, wird in Abschnitt 4.2 eingegangen. Ultramid ist häufig bei Bedienelementen im Fahrzeuginnenraum zu finden, wo seine hohe Zähigkeit es für Lenkstockhebel qualifiziert. Diese Teile müssen extrem robust sein, dürfen aber im Crashfall kein Verletzungsrisiko darstellen. Eine gute und verschleißarme Oberfläche ist ebenso gefordert wie gute Bedruckbarkeit oder kontrastreiche Laserbeschriftung von Symbolen. Nicht zu unterschätzen ist die Langzeitbeständigkeit gegen Handschweiß, Fette, Kosmetika oder Sonnenschutzmittel, die bei teilkristallinen Werkstoffen wie Ultramid in der Regel gegeben ist. Armaturentafel 12

13 Die meisten Ultramid Produkte erfüllen die im Fahrzeugbau üblichen Anforderungen an die Brandsicherheit nach FMVSS 302 bzw. DIN oder ISO Für darüber hinausgehende Anforderungen wie beispielsweise im Nutzfahrzeugbereich nach ISO steht ein breites Sortiment flammgeschützter Marken zur Verfügung. Es umfasst überwiegend halogenfrei flammgeschützte Compounds, z. B. Ultramid A3X2G5, A3X2G7, A3X2G10, A3XZG5, A3U40G5 und Ultramid T KR4365 G5. Diese Produkte weisen im Brandfall zu dem eine äußerst geringe Rauchgasdichte und Rauchgastoxizität auf. Sie überzeugen in ihrer Werkstoffklasse mit bester Flammschutzmittelstabilität und damit geringer Belagsbildung. Sie lassen sich leicht und wirtschaftlich verarbeiten. Produkte wie Ultramid A3UG5 erfüllen selbst die hohen Anforderungen der Bosch-Norm N bezüglich der Inhaltsstoffe von Bauteilen und können laserbeschriftbar ausgeführt sein. Neben den oben aufgeführten flammgeschützten Polyamiden bietet BASF eine große Auswahl weiterer flammgeschützter Produkte an. Detaillierte Informationen zu diesen Produkten sind in der Broschüre Technische Kunststoffe für die E / E Industrie zusammengestellt. Bürstenhalter Lichtmaschinenabdeckung 13

14 3 Produkte und Anwendungen Ultramid T Im Vergleich zu anderen Polyamiden bietet das teilaromatische Ultramid T ( PA 6 / 6T ) neben der hohen Wärmeformbeständigkeit ein sehr gutes Zähigkeitsniveau und mechanische Eigenschaften, die sowohl im trockenen wie im feuchten Zustand weitgehend konstant bleiben. Das positive Eigenschaftsspektrum wird abgerundet durch gute Chemikalienbeständigkeit und Dimensionsstabilität. Ultramid T eignet sich so beispielsweise für Steckverbinder oder Sensorbauteile in direktem Kontakt mit korrosiven Kraftstoffen, z. B. Biokraftstoffen. Darüber hinaus zeigt Ultramid T eine gute Kalziumchloridbeständigkeit ( CaCl 2 ) und erfüllt damit die verschärften Anforderungen an die Spritzwasserbeständigkeit in Regionen wie USA, Russland oder Japan, wo zunehmend kalziumhaltige Streusalze zum Einsatz kommen. Mit einem Schmelzpunkt von 295 C qualifiziert sich Ultramid T für SMD 9 -Bauteile und bleifreie Lötverfahren. Details dazu sind in Abschnitt 4.4 zu finden. Der Werkstoff ist damit bestens geeignet für die Herstellung spritzgegossener Schaltungsträger, auf die in Abschnitt 4.3 genauer eingegangen wird. Tankdrucksensor Das Ultramid Produktsortiment wird kontinuierlich optimiert und erweitert, um den sich ändernden Anforderungen unserer Kunden gerecht zu werden. Im Folgenden werden einige Spezialprodukte und Neuentwicklungen vorgestellt, die auch neue Lösungen in der Automobilelektrik und -elektronik möglich machen. 3-D MID-Studie Multifunktionslenkrad 14 9 SMD = Surface Mounted Device

15 Ultramid Balance Ultramid Balance ist eine Werkstofffamilie auf Basis von PA 6.10 mit interessantem Eigenschaftsprofil. Es zeigt eine hohe Beständigkeit gegen Kraftstoffe, hydrolytische Medien und Salzlösungen wie Kalziumchlorid oder Zinkchlorid. Es ist damit eine interessante Alternative zu anderen langkettigen Hochleistungspolyamiden wie PA 6.12 oder PA 12. Durch die geringere Wasseraufnahme ist Ultramid Balance dimensionsstabiler als PA 6 oder PA 66 und zeigt eine geringere Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von der Konditionierung bzw. dem Feuchtegehalt. Im Vergleich zu PA 12 ist es fester und steifer bei besserer Wärmeformbeständigkeit. Produkte wie Ultramid S3EG6 Balance oder A3HG6 Balance eignen sich so hervorragend für Radsensoren oder andere Bauteile, die direktem Salzsprühnebel ausgesetzt sind. Es kann auch für Gehäuse und Komponenten eingesetzt werden, die hohe Dimensionsstabilität in kritischen Einbausituationen oder unter extremen Klimabedingungen erfordern. Hochleistungspolyamid Standard-PA Ultramid S Balance PA 612 PA 12 PA 66 HR CaCl 2 -Beständigkeit Hydrolysebeständigkeit Festigkeit Biegesteifigkeit Mechanik ( trocken / feucht ) Dimensionsstabilität Wärmeformbeständigkeit Tab. 1: Die Eigenschaften von Ultramid Balance im Vergleich 15

16 3 Produkte und Anwendungen Ultramid Endure Ultramid Endure ist ein neues glasfaserverstärktes Polyamid mit herausragender Wärmealterungsbeständigkeit. Es widersteht mühelos Dauerbelastungen über Stunden bei 220 C und kurzzeitigen Spitzenbelastungen bis zu 240 C. Es eignet sich damit z. B. für Gehäuse oder Sensoranwendungen im Bereich Ladeluftführung, Abgasrückführung oder anderen temperaturkritischen Einbaupositionen. Zugfestigkeit [ MPa ] Ultramid Endure D3G7 PPA GF35 PA 66/6 GF30 PA 66 GF Abb. 1: Zugfestigkeit ( 23 C ) von Ultramid Endure nach Alterung bei 220 C Zeit [h] 16

17 Ultramid Structure Ultramid Structure ist ein Hochleistungskunststoff, der mit Langglasfasern verstärkt ist. Wo selbst optimierte Kunststoffe mit Kurzglasfaserverstärkung an ihre Grenzen stoßen, bietet Ultramid Structure neue Chancen für Anwendungen im Bereich der elektrischen Ausrüstung im Fahrzeugbau. Dieses Polyamid hat ein für Kunststoffe einzigartiges Eigenschaftsprofil und stellt so einen deutlichen Leistungssprung im Metallersatz dar. Der Hochleistungskunststoff ist besonders geeignet für hoch belastete Bauteile, wo Konstrukteure bisher auf Metall gesetzt haben. Die mögliche Anwendungspalette reicht hier von Komponenten und Gehäusen von Lichtmaschinen, Klimakompressoren, Pumpengehäusen und Lenkgetrieben bis hin zu Gehäusekomponenten von Elektromotoren. Das Produktportfolio von Ultramid Structure besteht aus PA 6- und PA 66-Typen mit Langglasfaserverstärkung von 40 bis 60 Prozent wie Ultramid Structure A3WG8 LF, A3WG10 LF und A3WG12 LF bzw. Ultramid Structure B3WG8 LF und B3WG10 LF. Detailierte Informationen zu Ultramid und Ultramid Structure sind in den Broschüren Ultramid und Ultramid Structure zu finden. Schlagzähigkeit [ kj/m 2 ] % + 55 % 25 0 Ultramid Structure B3WG10LF Aluminium Magnesium Abb. 2: Schlagzähigkeit von Ultramid Structure im Vergleich zu Aluminium und Magnesium 17

18 3 Produkte und Anwendungen 3.2 Ultradur Marken Aufgrund seiner besonderen Eigenschaftskombination ist Ultradur, das Polybutylenterephtalat ( PBT ) der BASF, ein idealer Werkstoff für viele Anwendungen im Bereich der Automobilelektrik und -elektronik. Es hat sich folglich in allen Bereichen der Bordelektronik einen festen Platz erobert. Neben hoher Steifigkeit und guter Wärmeformbeständigkeit, zeigt es hervorragende Maßhaltigkeit, gute Witterungsbeständigkeit sowie ein ausgezeichnetes elektrisches und thermisches Langzeitverhalten. Von besonderer Bedeutung für die Automobilelektronik ist die geringe Wasseraufnahme und damit die weitgehende Unabhängigkeit der mechanischen und elektrischen Eigenschaften vom Feuchtegehalt bzw. den klimatischen Einsatzbedingungen. Gerade für sicherheitsrelevante Komponenten, die ein ganzes Autoleben sicher und zuverlässig funktionieren müssen, ist Ultradur unverzichtbar. Ultradur hat sich seit langem als der Referenz-Gehäusewerkstoff für ECU 10 -Gehäuse etabliert und wird weltweit von allen führenden Herstellern und OEMs eingesetzt. Die Anwendungspalette deckt mittlerweile das gesamte Spektrum an Komfortsteuergeräten einschließlich Sitz- und Türmodulen, bis hin zu den sicherheitsrelevanten ABS 11 / ESP 12 -Systemen, Airbag-Steuergeräten oder elektrischen Lenk- und Bremssystemen ab. In der Regel kommt dabei z. B. Ultradur B 4300 G4 oder B 4300 G6 zum Einsatz. Metalleinleger, Kontakte oder Stanzgitter können sicher umspritzt werden. Die gute Maßhaltigkeit gewährleistet z. B. die zuverlässige Funktion von vielpoligen Steckverbindungen. Ultradur Produkte sind laserbeschriftbar lieferbar, was vor allem bei sicherheitsrelevanten Komponenten von Bedeutung ist. So können Bau - teildaten via Data Matrix Code dauerhaft, gut lesbar und fälschungssicher direkt in die Kunststoffoberfläche eingebracht werden. Details zum Thema Laserschweißen von Ultradur sind in Abschnitt 4.2 zusammengefasst. ABS / ESP-Steuerung ECU-Gehäuse für Nockenwellensteuerung ECU = Electronic Control Unit 11 ABS = Anti-Blockiersystem 12 ESP = Elektronisches Stabilitätsprogramm

19 Ultradur wird auch bei einigen Getriebesteuerungen von Automatikgetrieben eingesetzt, die direkt im Getriebe verbaut sind. Durch den Wegfall von Schnittstellen, Kabeln und Steckverbindern macht die Funktionsintegration diese mechatronischen Steuerungen kleiner und leichter und hilft, die Störanfälligkeit zu reduzieren. Für diese äußerst anspruchsvolle Anwendung kommt beispielsweise Ultradur B 4300 G6 zum Einsatz. Bei der stetig steigenden Vielfalt an Sensoren ist Ultradur als Gehäusewerkstoff unverzichtbar. Das Anwendungsspektrum reicht von Druckoder Temperatursensoren über Luftmassenmesser bis hin zu Beschleunigungs- und Lenkwinkelsensoren. Der Sensor kann dabei entweder als universell verwendbare, eigenständige Einheit konzipiert sein oder als Komponente in komplexeren Baugruppen integriert werden. Robuste Gehäuse aus Ultradur schützen u. a. moderne MEMS 13 -Sensoren und helfen damit, die hohe Zuverlässigkeit dieser Bauteile langfristig zu sichern. Dies ist speziell bei sicherheitsrelevanten Funktionen wie Airbag- oder ESP-Systemen von höchster Wichtigkeit. Für Gehäuse und Bauteile in der Ultraschall-, Radar- und Videosensorik ist Ultradur ebenfalls bestens geeignet. Damit werden moderne Fahrerassistenzsysteme zuverlässig, komfortabel und bezahlbar. Getriebesteuerung Seine Eignung für dimensionsstabile, dünnwandige Gehäuse in Kombination mit stabilen elektrischen Eigenschaften machen Ultradur zum idealen Werkstoff für Zündspulenmodule, die direkt im Zylinderkopf verbaut werden können. Die Fixierung und Abdichtung der Spuleneinbauten kann dabei mit den üblichen Vergussmassen erfolgen. Die verbesserte Fließfähigkeit der Ultradur High Speed-Produkte ermöglicht bisher kaum denkbare, filigrane und dünnwandige Formteile, die neben Gewichtsvorteilen kleinere Einbaumaße oder verbesserte Produktivität durch kürzere Zykluszeiten bieten. Lenkwinkelsensor 13 MEMS = Mikro-elektromechanische Systeme 19

20 3 Produkte und Anwendungen Die ausgewogene Eigenschaftskombination prädestiniert Ultradur für viele wire-to-wire und wire-to-board Steckverbinder, die eine hohe Dimensionsstabilität und geringe Verzugsneigung fordern. Gerade im Vergleich zu Polyamid sorgt die sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme für geringe Dimensionsänderungen und sehr konstante Eigenschaften bei wechselnden klimatischen Einsatzbedingungen. Bei besonders filigranen und dünnwandigen Steckverbinder-Geometrien bieten sich die leichtfließenden Ultradur High Speed-Produkte an, die auch für kleine Rastermaße geeignet sind und zudem oft kürzere Zykluszeiten ermöglichen. Die Produktpalette bietet neben unverstärkten Produkten wie Ultradur B 4520 eine Auswahl an glasfaserverstärkten Varianten wie Ultradur B 4300 G2, B 4300 G4 und B 4300 G6 an. Airbag-Stecker Steckverbinder 20

21 Alle diese Produkte sind als High Speed-Ausführung mit nochmals verbesserter Fließfähigkeit verfügbar, mit denen auch Steckverbinder mit sehr geringen Wanddicken machbar werden. Zusätzlich steht mit Ultradur B 4300 G3 High Speed ein leichtfließendes Produkt mit 15 Prozent Glasfaserverstärkung zur Auswahl. Damit kann für nahezu jeden Steckverbinder auf den jeweils optimal geeigneten Werkstoff zurückgegriffen werden. Ultradur wird weiterhin für mechanisch hochbelastbare Gehäuseanwendungen eingesetzt, wo steife, komplizierte Geometrien mit guter Maßhaltigkeit gefordert werden. Speziell dort, wo mehrteilige Module montiert oder toleranzsensible Einbauten wie Zahnradgetriebe oder Hebelantriebe sicher umschlossen werden müssen, sind die glasfaserverstärkten Ultradur Typen B 4300 G2, B 4300 G4, B 4300 G6 entsprechend weit verbreitet. Steckverbinder aus Ultradur High Speed Schließplatte Schließanlage 21

22 3 Produkte und Anwendungen Nach einem ähnlichen Anforderungsprofil verlangen Lenkstockhebelträger sowie Axial- und Radial-Lüfter, wie sie im Bereich Innenraumklimatisierung oder für Kühlgebläse von elektrischen Baugruppen zum Einsatz kommen. Bei Bedarf stehen hier flammgeschützte Produkte zur Verfügung. Seine guten Gleiteigenschaften und die hohe Verschleißfestigkeit machen Ultradur als Werkstoff für reibbeanspruchte Komponenten und Gleitelemente interessant. Typische Beispiele sind Gehäuse- und Funktionsteile von elektrischen Fensterhebern, Sitzverstellern, Schiebedachantrieben, Spiegelstellern oder Schließsystemen. Lenkstockhebelträger Spiegellager 22

23 Ultradur S Das Ultradur S ( PBT/ASA-Sortiment ) wurde speziell für Gehäuseanwendungen entwickelt, die eine nochmals bessere Dimensionsstabilität, hohe Komplexität, geringen Reibverschleiß oder gute Oberflächenqualität gepaart mit hoher Wirtschaftlichkeit erfordern. Beispiele sind Türsteuergeräte oder die Gehäuse von Stellantrieben, für die Ultradur S 4090 G4 oder S 4090 G6 verwendet werden. Um dem Kunststoffverarbeiter die Verwirklichung von besonders schwierigen Bauteilen zu erleichtern, gibt es die speziell optimierten Typen Ultradur S 4090 GX, S 4090 G4X und S 4090 G6X. Diese Werkstoffe haben geringere Anteile an anisotropen Füll- und Verstärkungsstoffen und verbesserte Entformungseigenschaften. Sie bieten somit beste Voraussetzungen für die wirtschaftliche Herstellung von großen und komplexen Bauteilen. Ultradur S ist heißlichtalterungsbeständig und damit sogar für Bauteile auf der Oberseite der Armaturentafel direkt unter der Windschutzscheibe geeignet. Beispiele sind Klimatisierungskomponenten wie Diffusfelder, Luftverteiler, Lüftungsgitter, Luftklappen und Aktuatoren sowie Sonnenstand- oder Temperatursensoren. Türsteuergerät Diffusfeld 23

24 3 Produkte und Anwendungen Bei Ultradur S sind ebenfalls besonders leichtfließende Varianten wie Ultradur S 4090 G4 High Speed und S 4090 G6 High Speed verfügbar, die eine nochmals höhere Gestaltungsfreiheit und bessere Wirtschaftlichkeit bieten. Ultradur kommt grundsätzlich für außenliegende Einbaupositionen in Frage. Aufgrund der guten UV- bzw. Witterungsbeständigkeit neigen Formteile aus Ultradur wenig zum Vergilben und ihre Oberfläche verändert sich kaum. Die mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit, Zugfestigkeit und Reißfestigkeit werden ebenfalls nur wenig beeinträchtigt. Teile für Außenanwendungen sollten allerdings schwarz eingefärbt sein. Für besonders stark exponierte Teile eignen sich Ultradur B 4040 G4 und B 4040 G6, die eine hervorragende Oberflächengüte bei hoher UV-Stabilität aufweisen. Beispiele für Außenanwendungen sind Schließsysteme, Wisch-/ Wasch-Anlagen, Spiegelmechanismen, Schiebedachkomponenten, Luftklappensysteme und außenliegende Sensoren oder Antennen. Teile aus Ultradur lassen sich bei Bedarf außerdem gut lackieren. Außenspiegel Autogriff 24

25 Speziell für Leuchtenrahmen und Scheinwerferblenden steht mit Ultradur B 4570 ein emissionsarmes Hochglanzprodukt zur Verfügung, das selbst bei Temperaturen bis 160 C im Langzeitbetrieb nur extrem niedrige Ausgasungen zeigt. Damit reduziert sich die Gefahr der Eintrübung von Scheinwerferlinsen durch kondensierende Bestandteile. Der Werkstoff ergänzt das PBT-Sortiment der BASF für Scheinwerfer, das bisher Ultradur B 4520 für Standardanwendungen, Ultradur B 4560 mit optimierten Entformungseigenschaften und Ultradur S 4090 mit besonders guter Fließfähigkeit und geringer Verzugsneigung umfasst. Ultradur ist grundsätzlich beständig gegen Kalziumchlorid und Zinkchlorid. Es erfüllt damit die verschärften Anforderungen an die Spritzwasserbeständigkeit in Regionen, wo zunehmend kalziumhaltige Streusalze zum Einsatz kommen. Scheinwerferblende 25

26 3 Produkte und Anwendungen Die meisten Ultradur Produkte erfüllen die im Fahrzeugbau üblichen Anforderungen an die Brandsicherheit nach FMVSS 302 bzw. DIN oder ISO Für darüber hinausgehende Anforderungen, wie beispielsweise im Nutzfahrzeugbereich nach ISO 16750, stehen flammgeschützte Produkte zur Verfügung. Das Ultradur Produktsortiment wird kontinuierlich optimiert und erweitert, um den sich ändernden Anforderungen unserer Kunden gerecht zu werden. Im Folgenden werden einige Spezialprodukte und Neuentwicklungen vorgestellt, die auch neue Lösungen in der Automobilelektrik und -elektronik möglich machen. BASF bietet hier die bewährten Flammschutzprodukte der Ultradur B 4406-Reihe sowie die halogenfrei flammgeschützten Produkte Ultradur B 4441 G5 und Ultradur B 4450 G5 an. Detaillierte Informationen zu diesen und weiteren flammgeschützten Produkten sind in der Broschüre Technische Kunststoffe für die E / E Industrie zusammengestellt. 26 Steckverbinder

27 Ultradur HR Den kontinuierlich steigenden Anforderungen der Automobilindustrie bezüglich Klimawechselbeständigkeit und Wärmealterung wurde mit der Entwicklung der hydrolyse-stabilisierten Ultradur HR-Marken Rechnung getragen. Die neu entwickelten Ultradur B 4330 G3 HR und B 4330 G6 HR bieten sich für Steckverbinder an, die z. B. nach SAE USCAR-2 Component Class 5 für Klimawechselbeanspruchung bei höheren Einsatztemperaturen geeignet sein sollen. Auch für die jüngsten Generationen von ABS-/ ESP-Steuerungen kommt das hydrolyse-stabilisierte Ultradur B 4330 G6 HR als Gehäusewerkstoff bereits zum Einsatz. Es zeigt bei Langzeitprüfungen bei 85 C und 85 % relativer Luftfeuchte auch nach Stunden keine nennenswerten Alterungserscheinungen. Dieses Produkt trägt damit wesentlich dazu bei, die Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit sicherheitsrelevanter Elektronikbauteile langfristig zu verbessern. ABS / ESP-Steuergerät Ultradur LUX Mit Ultradur LUX konnten BASF-Forscher die Lasertransparenz auf ein für PBT bisher unerreicht hohes und konstantes Niveau steigern. Durch die verbesserte Lasertransparenz sind jetzt deutlich höhere Schweißgeschwindigkeiten möglich, während gleichzeitig das Prozessfenster erheblich breiter wird. Details zum Thema Laserschweißen sind in Abschnitt 4.2 zusammengefasst. Detaillierte Informationen zu Ultradur sind in der Hauptbroschüre Ultradur zu finden. Klappensteller 27

28 3 Produkte und Anwendungen 3.3 Ultrason Marken Die Ultrason Marken der BASF sind hochtemperaturbeständige amorphe Thermoplaste auf Basis von Polysulfon ( PSU ), Polyethersulfon ( PES ) oder Polyphenylensulfon ( PPSU ). Besonderheiten sind die hohe Dimensionsstabilität und die guten, weitgehend tempe raturunabhängigen elektrischen und mechanischen Eigenschaften. Ultrason ist inhärent flammwidrig und viele Produkte erreichen ohne Flammschutzausrüstung UL 94 V-0. Mit diesem Eigenschaftsprofil und seinem guten elektrischen Isoliervermögen, seiner hohen Wärmealterungsbeständigkeit und guten Widerstandsfähigkeit gegen Hydrolyse eignet sich Ultrason besonders für hochbelastete Bauteile über einen weiten Temperaturbereich von -50 C bis +180 C. Bei Ultrason E sind selbst kurzzeitige Temperaturspitzen bis 220 C tolerierbar. Die unverstärkten Produkte sind zudem transparent und nehmen damit eine absolute Sonderstellung unter den technischen Kunststoffen ein. Schubmodul G' [MPa] Ultrason E Ultrason S Ultrason P Abb. 3: Schubmodulkurven nach ISO 6721 Temperatur [ C ] 28

29 Eine der Hauptanwendungen von Polyethersulfon im Fahrzeugbau sind Scheinwerferreflektoren und Scheinwerferblenden. Die hohe Wärmeformbeständigkeit und gute Oberflächenqualität sind ideale Voraussetzungen für die Herstellung von Reflektoren für Scheinwerfer sowie von Blenden, Signalleuchten und hochwertigen Innenraumbeleuchtungen. Sogar kompakte Bauformen mit kleinem Abstand zu heißen Leuchtmitteln und ungünstigen Kühlbedingungen sind machbar. Die Wärmeausdehnung ist über einen weiten Temperaturbereich nahezu konstant niedrig. Zusammen mit der guten Verarbeitbarkeit erleichtert dies die optimale Auslegung der Reflektorgeometrie und trägt damit zu hoher Lichtausbeute, gleichmäßiger Ausleuchtung und stabiler Hell-/ Dunkelgrenze der Scheinwerfer bei. Spezielle IR-transparente Einfärbungen wie Ultrason E 2010 MR schwarz HM ( Heat Management ) reduzieren die Aufheizung durch IR- bzw. Wärmestrahlung. Ultrason als Reflektormaterial erleichtert dem Designer die Realisierung ungewöhnlicher Formen. Innenraumbeleuchtung Die Direktmetallisierung der Oberflächen ist mit den gängigen Verfahren wie z. B. PVD 14 möglich. Durch die gute Oberflächenqualität der Spritzgussteile ergeben sich glatte und hochglänzende Reflektorflächen mit guter Metallhaftung, z. B. von Aluminium. Scheinwerfer Scheinwerferblende 14 PVD = Physical Vapor Deposition 29

30 3 Produkte und Anwendungen Dort, wo konventionelle Thermoplaste an ihre Grenzen stoßen, bietet sich Ultrason für thermisch und mechanisch hochbelastbare Komponenten wie Spulenkörper, Sensoren, Steckverbinder und Funktionsteile von Schaltern oder Relais an. Ein Beispiel sind Steckverbinder im Getriebebereich, die bei Temperaturen bis 170 C dimensionsstabil sein müssen und eine geringe Quellung durch das Getriebeöl aufweisen sollen. Getriebesteckverbinder Unabhängig von der Temperaturbelastung macht die ausgesprochen gute Kriechfestigkeit Ultrason selbst für Bauteile interessant, die mechanische Lasten über lange Zeiträume sicher ertragen müssen. Ultrason kann auch als thermischer Isolator oder Hitzeschutzschild für die Abschirmung wärmeempfindlicher Bauteile dienen. Die Transparenz der unverstärkten Ultrason Marken ermöglicht Lösungen, die mit den üblicherweise opaken Ingenieurkunststoffen nicht möglich sind. Die Transparenz kann gezielt für optische Sensorkomponenten, Sichtfenster oder Leuchtenabdeckungen genutzt werden. Dies ist überall sinnvoll, wo ungewöhnlich hohe Temperaturen herrschen und /oder hohe Zähigkeit oder Chemikalienbeständigkeit gefordert sind. Die gute Zähigkeit kann für bruch- und splittersichere transparente Abdeckungen genutzt werden und eine Alternative zu Glas oder bruchempfindlicheren transparenten Kunststoffen sein. Der relativ hohe optische Brechungsindex von bis zu 1,7 erleichtert die Auslegung von Linsenoptiken oder optischen Systemen. Aufgrund der guten Hydrolysestabilität kann z. B. glasfaserverstärktes Ultrason E 2010 G6 für Pumpenlaufräder von elektrischen Kühlmittelpumpen verwendet werden. Die hohe Dimensionsstabilität erleichtert die Umsetzung enger Bauteiltoleranzen und trägt so zu höherer Effizienz und besserem Wirkungsgrad der Pumpen bei. Pumpenlaufrad 30

31 Nicht zuletzt wird Ultrason für die transparente Umhüllung von Flachsicherungen in den gängigen Formaten wie Maxi, ATO, Mini und Low- Profile benutzt, die in den charakteristischen Farben transparent eingefärbt sind. Ultrason widersteht dabei den Temperaturspitzen beim Durchbrennen der Sicherung ohne Entzündungsgefahr. Die gute Chemikalienbeständigkeit ermöglicht den Einsatz von Ultrason für Anwendungen im Kraftstoffsystem. Bauteile aus Ultrason sind hier selbst für den Einbau in fluorierten Kraftstoffbehältern geeignet, wie sie zur Reduzierung der Kraftstoff-Permeation teilweise eingesetzt werden. Darüber hinaus zeigen Ultrason E ( PESU ) und Ultrason P ( PPSU ) eine exzellente Beständigkeit gegen das Testbenzin FAM B, das für viele andere Kunststoffe eine echte Herausforderung darstellt. Detaillierte Informationen zu Ultrason sind in der Hauptbroschüre Ultrason E, S, P zu finden. Flachsicherungen Streckspannung [MPa] Ultrason E 3010 Ultrason S 3010 Ultrason P Abb. 4: Beständigkeit von Ultrason gegen FAM B bei 23 C Lagerungszeit [h] 31

32 3 Produkte und Anwendungen 3.4 Ultraform Marken Ultraform ist der Handelsname für das Sortiment thermoplastischer co-polymerer Polyoxymethylene ( POM ) der BASF. Das Besondere an Ultraform ist die ideale Kombination von Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit, die auf die chemische Struktur zurückzuführen ist. Bedingt durch seine hohe Kristallinität ist Ultraform vor allem im Temperaturbereich von 50 C bis 120 C steifer und fester als andere technische Kunststoffe. Zwischen der niedrigen Glasübergangstemperatur von ca. -65 C und der Schmelztemperatur von ca. 170 C weist Ultraform keine Umwandlungen auf. Hieraus ergeben sich relativ konstante mechanische Eigenschaften über einen vergleichsweise großen, technisch sehr interessanten Temperaturbereich. Schubmodul [MPa] Abb. 5: Schubmodul von Ultraform in Abhängigkeit von der Temperatur ( gemessen nach ISO 6721) Temperatur [ C ] Funktionsteile 32

33 Ultraform hat bei Raumtemperatur eine ausgeprägte Streckgrenze bei etwa 8 bis 10 Prozent Dehnung. Unterhalb dieser Streckgrenze zeigt es auch bei wiederholter Belastung ein gutes Rückstellvermögen und eignet sich deshalb besonders für federnde Elemente. Hinzu kommen eine hohe Zeitstandfestigkeit und eine geringe Kriechneigung. Diese Eigenschaftskombination in Verbindung mit hoher Oberflächenhärte und einem guten Reibungs- und Verschleißverhalten macht es für viele technische Anwendungen geeignet. Ultraform ist ausgesprochen widerstandsfähig gegen viele der im Fahrzeugbau anzutreffenden Schmiermittel, Kraftstoffe und Chemikalien selbst bei erhöhten Medientemperaturen. Eine ausgesprochene Domäne für Ultraform ist daher der gesamte Bereich Kraftstoffversorgung, sowohl für Benzin- als auch Dieselfahrzeuge. Das Anwendungsspektrum reicht vom kompletten Kraftstofffördermodul aus Ultraform S2320 oder N2200 G43, das direkt im Fahrzeugtank verbaut ist, bis zu Füllstandsmessvorrichtungen, Durchflusssensoren oder Ventilen. Selbstverständlich ist die Beständigkeit gegen hohe Alkoholbeimischungen und die verschiedenen Bio-Kraftstoffe. Roll-over-Ventil Kraftstofffördermodul 33

34 3 Produkte und Anwendungen Für die Anforderungen der SAE-Norm J1645 wurde mit Ultraform N2320 C ein elektrisch leitfähiges Material entwickelt, das elektrostatische Aufladung und die Gefahr der Funkenbildung im Kraftstoffsystem verhindert. Dieses Produkt erreicht bei Messbedingungen gemäß ISO 3915 ( Vier-Punktmethode ) einen Wert von nur etwa 30 Ω cm und übertrifft damit deutlich die Forderungen der SAE J1645. Ultraform ist sehr gut gegen Harnstofflösungen beständig, wie sie bei der sog. AdBlue Technik zur selektiven katalytischen Reduktion ( SCR ) von Dieselabgasen zum Einsatz kommt. Ultraform ist damit für viele Funktionsteile im direkten Kontakt mit AdBlue geeignet, beispielsweise für Füllstands-Messeinrichtungen, Fördereinrichtungen, Pumpen, Steckverbinder, Ventile oder Dosiereinrichtungen. Kraftstofffilter aus Ultraform N2320 C Aufgrund seiner guten tribologischen Eigenschaften ist Ultraform geeignet für alle Anwendungen, wo es auf gute Gleitreibeeigenschaften und geringe Verschleißraten ankommt. Typische Anwendungsfelder sind Zahnräder und Gleitelemente von Stellantrieben und Aktuatoren wie Fensterheber, Spiegelsteller oder Schließsysteme. Zahnräder 34

35 Aufgrund der exzellenten Federeigenschaften von Ultraform können Federfunktionen direkt in ein Bauteil integriert werden und so evtl. zusätzliche Metallfedern überflüssig machen. Dies kann die Montage vereinfachen und die Zuverlässigkeit von Baugruppen verbessern. Beispiele sind Bedienelemente, Taster, Schalter und Mikroschalter. Hier kann durch den gezielten Einsatz von Ultraform das Schaltgefühl oder der Klang von Bedienelementen positiv beeinflusst werden. Kabelklip Ultraform ist eingeschränkt für Komponenten im Außenbereich geeignet, beispielsweise für elektrische Stellantriebe von Spiegeln, Scheinwerfer-Leuchtweitenregulierungen oder Kurvenlichtantrieben, für Scheibenwischersysteme sowie für Klipse und Befestigungselemente. Eine direkte Exposition in Sonnenlicht ist allerdings zu vermeiden. Im Innenraum wird auf Ultraform für filigrane Lautsprecherabdeckungen zurückgegriffen und ersetzt werden weniger robuste Kunststoffe oder lackiertes Streckmetall. Die hohe Festigkeit, Zähigkeit und Kratzfestigkeit sowie das gute mechanische Rückstellvermögen schützen Gitter und Lautsprecher bei Fußtritten und Stößen. Ultraform hilft dabei unangenehme Klapper-, Quietsch oder Störgeräusche durch Verwindungen und Vibrationen im Fahrbetrieb oder Brummen und Dröhnen durch Lautsprecheranregung dauerhaft zu vermeiden. Die gute Verarbeitbarkeit von Ultraform erlaubt dünnwandige und filigrane Strukturen, die wiederum die Klangqualität der Lautsprecheranlage positiv beeinflussen können. Für Anwendungen im Fahrzeuginnenraum stehen bei Bedarf geruchsarme Produkte mit optimiertem Emissionsverhalten zur Verfügung ( Namenszusatz: LEVP ). Detaillierte Informationen zu Ultraform sind in der Hauptbroschüre Ultraform zu finden. Lautsprechergitter Bauteile aus Ultraform 35

36 4 Problemlöser 4.1 Elektromobilität Elektromobilität ist ein neues interessantes Anwendungsgebiet, dem von Experten ein großes Wachstumspotential für die kommenden Jahre bescheinigt wird. Energieeffiziente Elektromobilität ist dabei eine Schlüsseltechnologie auf dem Weg zu einer klimafreundlichen Umgestaltung der individuellen Mobilität. BASF fokussiert hier die verschiedenen Entwicklungs- und Forschungsaktivitäten von der Batterietechnik über Leichtbau und intelligentem Wärmemanagement bis hin zu innovativen Materialien und Werkstoffen. Sicher ist, dass sich viele e-mobility Lösungen nur durch den Einsatz von leistungsfähigen Kunststoffen wirtschaftlich darstellen lassen. Das breite BASF Produktportfolio hilft unseren Kunden auch hier, den jeweils besten Werkstoff für viele dieser neuen und anspruchsvollen Anwendungen zu finden. Unsere Experten unterstützen dabei, neue Lösungen und Konzepte zu entwickeln und in die Praxis umzusetzen. Ein Schwerpunktthema sind die Batteriesysteme von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen. Ein entscheidender Erfolgsfaktor der Elektromobilität wird sein, wie schnell Leistungsfähigkeit, Gewicht, Sicherheit, Zuverlässigkeit und vor allem Herstellkosten und Wirtschaftlichkeit der Batteriesysteme weiter verbessert werden können. Technische Kunststoffe können hier einen entscheidenden Beitrag leisten, um das Gesamtsystem zu optimieren und eine wirtschaftliche Großserienproduktion zu ermöglichen. Batteriegehäuse Kühlsystem Steuergerät Batteriezellmodule Hochspannungs- Interface Abb. 6: Kunststoffe in Batteriesystemen 36

37 Für die Batterie- bzw. Zellrahmen von Lithium-Polymer Batterien sind je nach spezifischen Anforderungen sowohl Ultradur, Ultradur S, Ultramid und evtl. Ultrason grundsätzlich geeignet. Daten und Erfahrungen z. B. zur Elektrolytbeständigkeit liegen vor. Unsere Fachleute helfen gerne bei der Auswahl des am besten geeigneten Werkstoffs. So werden für flüssigkeitsgekühlte Batterien bereits Ultramid Produkte mit optimierter Hydrolysestabilität wie Ultramid A3WG6 HRX oder A3WG7 HRX eingesetzt. Diese Produkte widerstehen der Dauerbelastung durch heiße Kühlmittel bei Spitzentemperaturen von bis zu 130 C. Lithium-Polymer Batterierahmen 37

38 4 Problemlöser Für die eigentlichen Batteriegehäuse die heute noch häufig aus Metall gefertigt werden kommen je nach Größe und Gewicht sowohl kurzglasfaserverstärktes Ultramid oder das langglasfaserverstärkte Ultramid Structure in Frage. Durch den Einsatz von Kunststoffen lassen sich Gewicht und Bauraum optimieren und viele Funktionen einfach integrieren. Moderne, großserientaugliche Fertigungsverfahren tragen schließlich entscheidend zur Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems bei. BASF kooperiert hier eng mit Partnern und Kunden, um praxistaugliche Lösungen zu erarbeiten. Neben den selbstverständlichen Themen wie mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften werden dabei Fragestellungen zu elektromagnetischer Abschirmung, Flammschutz und Crashsicherheit diskutiert. Gerade bei Unfällen können Kunststoffe entscheidende Vorteile bieten. So zeichnet sich Ultramid Structure durch hohe Energieaufnahme und gutes Crash-Verhalten aus. Nicht zuletzt das elektrische Isolationsvermögen von Kunststoffen kann im Crashfall ein entscheidender Sicherheitsaspekt sein. Im Hochvolt-Bereich von Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden heute Spannungen bis ca. 400 V und Stromstärken von über 100 A erreicht. Hier sind Kunststoffe unverzichtbar, um Funktion und Sicherheit von Bauteilen über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs zu gewährleisten. Je nach Anforderung kommen Produkte aus dem Ultramid oder Ultradur Sortiment in Frage, die bei Bedarf mit Flammschutzausrüstung verfügbar sind. Nicht zu vernachlässigen sind dabei die mögliche starke Aufheizung bei hohen Strömen und mechanischen Lasten sowie die Vibrationsbeanspruchung durch die relativ schweren Hochvolt-Kabel. Bei vielen Hochvolt-Komponenten ist zudem die Farbe Orange als Sicherheits- und Erkennungsmerkmal vorgeschrieben. Die Farbe muss über die gesamte Lebensdauer der Komponenten stabil sein, was vor allem bei hohen Betriebstemperaturen nach speziellen Lösung verlangt. Viele Anforderungen sind mittlerweile in Normen und Liefervorschriften wie z. B. der VDA 15 LV 214 und LV 215 spezifiziert. Hochvolt-Steckverbinder VDA = Verband der Automobilindustrie

39 Auch hier erlaubt das breite Produktportfolio und die Erfahrungen unseren Experten, die für den jeweiligen Anwendungsfall besten Lösungen für unsere Kunden zu finden. Die Ladetechnik für Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybride stellt eine Schnittstelle von der Fahrzeugelektrik zur Gebäudeinstallation dar. Der ein- oder dreiphasige Anschluss der Fahrzeuge an das Niederspannungsnetz über Schalt- und Steuerschränke bzw. Zähleranschlussstellen wird u.a. durch die VDE 16 Anwendungsnorm VDE-AR-N 4102 geregelt. Die Verbindung zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug erfolgt in der Regel mit einer Steckvorrichtung Typ 2 gemäß IEC bzw. dem sog. Combined Charging System, das von SAE und ACEA als einheitliche Ladeschnittstelle bestimmt wurde und das ab 2017 Standardausrüstung bei allen europäischen Fahrzeugen sein soll. In diesem Bereich werden vermehrt flammgeschützte Kunststoffe verlangt, die bisher im Automobilbereich eher selten zum Einsatz kamen. Zusätzlich zu den in der Automobilelektrik bereits etablierten Kunststoffen hat BASF als einer der führenden Hersteller von technischen Kunststoffen im Bereich Elektroinstallation hier ein breites Sortiment an flammgeschützten Produkten zu bieten. Detaillierte Informationen speziell zu flammgeschützten Produkten in der Installationstechnik sind in der Broschüre Technische Kunststoffe für die E / E Industrie zu finden. Technische Kunststoffe eignen sich für viele Anwendungen im Bereich der Elektromobilität, die oft etwas im Hintergrund stehen, die deshalb aber nicht weniger wichtig sind. Beispiele sind Gehäuse und Komponenten für Leistungselektronik, Controller oder Batteriemanagementsysteme. Aufgrund der bisher noch begrenzten Stückzahlen werden diese häufig aus Metall gefertigt. Mit steigenden Produktionszahlen werden Kunststofflösungen hier zunehmend interessant. Hochgefüllte oder langglasfaserverstärkte Thermoplaste können selbst Leichtmetallgussteile bei elektrischen Kühlmittelpumpen oder Klimakompressoren ersetzen und sind sogar für die Gehäuse von Elektromotoren oder Getrieben denkbar. Nicht zuletzt bei der Klimatisierung und Beheizung von Elektrofahrzeugen kommen Kunststoffe zum Beispiel für Zusatzheizer, Wärmetauscher und Gebläse zum Einsatz. Gerade in einem so neuen Anwendungsgebiet ist die enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit mit den Fahrzeugherstellern und der gesamten Zulieferindustrie besonders wichtig und sinnvoll, um gemeinsam die vielen Herausforderungen zu meistern. BASF-Experten aus den verschiedenen Fachgebieten unterstützen unsere Kunden bei der Realisierung von Projekten. 16 VDE = Verband der Elektrotechnik 39