Berger/Kiefer (Hrsg.) DICHTUNGS TECHNIK JAHRBUCH 2018

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1 Berger/Kiefer (Hrsg.) DICHTUNGS TECHNIK JAHRBUCH 2018

2 352 Klebetechnik Aktuelle Anwendungen funktionaler, elektrisch und thermisch leitender Klebstoffe im Automobilbau Funktionale Klebstoffe sind innovative Materialien, die mehr können als nur kleben. Maßgeschneidert für die vorgesehene Anwendung bringen sie weitere Eigenschaften mit, die z.b. den Durchtritt von elektrischem Strom oder Wärme durch die Klebeschicht ermöglichen. Im Automobilbau finden elektrisch leitfähige Klebstoffe weite Verbreitung beim Montieren und Kontaktieren von Halbleitern, Sensoren, Heiz elementen oder Funktionsbauteilen wie Kameras oder Spiegeln. Thermisch leitende Klebstoffe kommen hingegen in solchen Baugruppen zum Einsatz, die im Betrieb ein effektives Wärmemanagement erfordern, z.b. Leistungssteuerungen, LED, Wärmetauscher, Motoren oder Antriebsbatterien. Insbesondere epoxidbasierte Systeme weisen eine hohe strukturelle, thermische und chemische Beständigkeit auf und bieten damit eine interessante Alternative zu herkömmlichen Verbindungsverfahren wie Schweißen, Löten oder mechanischem Verbinden. Nach Angaben des Industrieverbands Kleben werden in einem Personenkraftwagen heute etwa 15 bis 18 kg Klebstoffe verbaut [1]. Dazu kommen zusätzlich und allgemein bekannt ist auch, dass auch die Scheiben i.d.r. eingeklebt wer- rieklebstoffe, Scheibenklebstoffe und Flächenklebstoffe [2]. In diesen Quellen noch nicht genannt sind funktionale Klebstoffe. Das sind Materialien, die außer - Von Dr. Arno Maurer, Entwicklung, Dr. Joachim Kalka, Leiter Entwicklung Polytec PT GmbH I

3 Aktuelle Anwendungen funktionaler, elektrisch und thermisch leitender Klebstoffe >>1: Anwendungen elektrisch und thermisch leitender Klebstoffe im Automobilbau (Bild: Polytec PT GmbH) Im Automobilbau sind elektrisch und thermisch leitfähige Klebstoffe nicht mehr >>1. Im Folgenden wer- schrieben. Grundlagen elektrisch und thermisch leitender Klebstoffe und 10-5 eine Größenordnung höher im Vergleich zu reinem Silber ( sig leitend geklebt werden kann. Wärmeleitende Klebstoffe >>2 Sollen jedoch gleichzeitig elektrisch isolierende Eigenschaften gewährleistet wer-

4 354 Klebetechnik >>2: Thermisch leitfähiger 2K-Klebstoff in einer Doppelkammerkartusche mit statischem Mischrohr (Bild: Polytec PT GmbH) sehr niedrig im Vergleich zu gut wärmeleitenden Materialien wie Aluminium mit Gitterschwingungen in den Kristallen kann sich eine solche Schwingung nur re wenn sich dazwischen ein nicht kri- bei den elektrisch leitfähigen Klebstoffen treten zusätzlich an den Grenzschichten - memanagement stellen mobile elektronische Anwendungen. Hier werden die - thermisch leitende Klebstoffe. Leitfähige Klebeverbindungen als Alternative zum Löten, Schweißen und Schrauben - - ständigkeit. Insofern bietet das leitfähige Kleben eine Alternative zu etablierten - - -

5 Aktuelle Anwendungen funktionaler, elektrisch und thermisch leitender Klebstoffe >>3: Dosierung eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs mittels Dosiernadel (Bild: Polytec PT GmbH) >>4: Leistungshalbleiterschaltung mit IGBT und Diode, geklebt mit einem EC 242 Silberleitklebstoff (Bild: Polytec PT GmbH) Anwendungen elektrisch leitender Klebstoffe im Automobilbereich Silberleitklebstoffe erlauben eine elektrisch leitende und mechanisch haltbare >>3. Anwen- rung, der Einbau von Dioden in Airbag-Sensoren, die elektrische Anbindung von - tungen. Steuerungstechnik und Verkehrstechnik, jedoch zunehmend auch in der Fahr- - >>4 - insgesamt ein starkes Wachstum [7]. dung zumindest gleichwertig, wobei die Elastizität der Klebeschicht bei Vibrati-

6 356 Klebetechnik >>5: Montage von Li-Ionen-Zellen mit thermisch leitfähigem Klebstoff (Bild: Polytec PT GmbH) - Klebstoffe liegen bei der thermischen liegt. Thermisches Management im Automobilbereich und Anwendungen wärmeleitender Klebstoffe Das Wärmemanagement in Kraftfahrzeugen ist ein Thema, das in der Automobil- - dere der Ausbau der Elektromobilität wirft in dieser Richtung ganz neue Frage- - menden Einsatzgebiete erfordern allerdings höhere Wärmeleitfähigkeiten als und Endeigenschaften. Dies war der Anlass zur Entwicklung einer neuen Gene- Kenngrößen, die in Zusammenarbeit mit den Kunden auf die jeweilige Anwen- - zum Einsatz [8] >>5 - tionsfestigkeit und gute Umweltbeständigkeit vereinen und gleichzeitig bei -

7 Aktuelle Anwendungen funktionaler, elektrisch und thermisch leitender Klebstoffe Klassische und bewährte Anwendungen thermisch leitfähiger Klebstoffe liegen leuchtungstechnik, insbesondere aber auch beim wärmeleitenden Verguss von - - Entwicklungen und Ausblick Der zunehmende Einsatz von Klebstoffen im Automobilbau umfasst auch immer mehr innovative Anwendungen funktioneller, elektrisch und thermisch leitender meleitfähigkeit, mechanischer Festigkeit sowie Alterungsbeständigkeit begegnen, Vergleich mit herkömmlichen Verbindungsverfahren nicht zu scheuen braucht, Literatur [1] Industrieverband Klebstoffe e.v.: Klebstoffe im Fahrzeugbau. die-welt-des-klebens/anwendungsgebiete/fahrzeugbau.html, abgerufen am [2] Wikipedia: Automobil-Klebstoffe. abgerufen am [3] Maurer, A.: Neue thermisch leitfähige Klebstoffe für kraft- und wärmeschlüssige Verbindungen. DICHTUNGSTECHNIK JAHRBUCH 2016, Mannheim, 2015, [4] Moore, A.L., Shi, L.: Emerging challenges and materials for thermal management of electronics. Materials Today 17, 4 (2014), [5] Möller, E., Middelstädt, L., Grieger, F., Lindemann, A., Wilde, J.: Eigenschaften elektrisch leitfähiger Klebeverbindungen für die Leistungselektronik, 8. DVS/GMM Tagung Elektronische Baugruppen und Leiterplatten, Fellbach,

8 358 Klebetechnik [6] Maurer. A.: Power-Module kleben statt löten Elektrisch und thermisch leitfähige Klebstoffe. adhäsion Kleben & Dichten 60, 4 (2016), [7] Schulz, W.: Leistungselektronik findet neue Aufgaben im Automobil. VDI-Nachrichten 24 (2015), [8] Maurer, A., Kalka, J., Wießler, A.: Smart Design of Electric Vehicle Batteries and Power Electronics Using Thermal Interface Materials. EVS30 International Electric Vehicle Symposium, Stuttgart,