Oberflächen für die Elektromobilität (Teil 2): Neue Beschichtungskonzepte für Batteriegehäuse, Busbars, Steckverbinder & Co. – Der Holzapfel Oberflächen Blog

Oberflächen für die Elektromobilität (Teil 2): Neue Beschichtungskonzepte für Batteriegehäuse, Busbars, Steckverbinder & Co.

Der erste Teil „Oberflächen für die Elektromobilität“ hat aufgezeigt, wie sich die Anforderungen an die Oberflächentechnik wandeln. Im zweiten Teil geht es nun um Beschichtungslösungen für konkrete Bauteile wie Busbars, Steckverbinder oder Batteriegehäuse.

Elektrische Komponenten – Isolierung versus Leitfähigkeit

Ein reines Elektrofahrzeug wie auch ein Plug-In-Hybrid weisen mehr elektrische und elektronische Komponenten auf als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. In der Folge steigt auch der Bedarf an Bauteilen wie Steckverbindern, Leiterplatten und Stromschienen/Sammelschienen. Eine zuverlässige Masseanbindung oder elektrische Isolierung können dabei je nach Bauteil und Einsatzbereich ebenso zentrale Themen sein wie die Leistungsübertragung und Kontaktierung. Oberflächenbeschichtungen müssen neben einem dauerhaften Korrosions- und Verschleißschutz diese zusätzlichen Eigenschaften unterstützen, von der Leitfähigkeit bis zur Isolierung. Beschichtungen wie Gold, Zinn und Silber oder auch Kombinationsschichten kommen für derartige Anforderungsprofile in Frage.

Beschichtungssysteme für Bauteile der Elektromobilität

©franz12 – stock.adobe.com

Ein Beispiel sind Metallschienen, bspw. Stromschienen und Sammelschienen, die auch als Busbars bezeichnet werden. Sie werden meistens aus dem Grundmaterial Kupfer oder Aluminium hergestellt und müssen hohe Ströme zur Leistungsübertragung durchleiten. Zum Schutz und zur Verbesserung der funktionellen Eigenschaften der Schienen werden Beschichtungen wie Chemisch Nickel, Zinn, Silber, galvanisches Nickel sowie Kombinationen aus diesen Verfahren eingesetzt. Stromschienen aus Kupfer können bspw. verzinnt werden, um dauerhaft geringe Übergangswiderstände an Verbindungsstellen zu gewährleisten. Zugleich fungiert die Verzinnung korrosionsschützend.

Nicht nur für Sammelschienen/Busbars sind chemische sowie galvanische Vernickelung, Verzinnen, Versilbern und Schichtkombinationen geeignet. Auch für andere Bauteile der Elektromobilität wie Schraub- als auch bei Steckverbindungen sind diese Beschichtungssysteme geeignet. Die speziellen Systeme werden so ausgelegt, dass definierte Übergangswiderstände bei Verbindungselementen hergestellt werden können.

Zink-Nickel für Leichtbau und Elektromobilität

Auch im Automobilbau altbewährte Beschichtungsverfahren wie Zink-Nickel sind eine wesentliche Technologie für die Elektromobilität und v.a. für den Leichtbau. Denn Zink-Nickel erhöht nicht nur den Korrosionsschutz und damit die Gebrauchsdauer beschichteter Bauteile. Das Zink-Nickel-Verfahren mit Nickeleinbauraten von 10-15% ist auch mit Aluminium verträglich, es entsteht also keine Kontaktkorrosion. Zudem sind mit Zink-Nickel beschichtete Bauteile verklebbar. Zur Beschichtung ultrahochfester Stähle ist das Verfahren ggf. ebenfalls geeignet. Hier kann es Flüssigmetallkorrosion und Wasserstoff induzierten Sprödbruch vermindern. In der Mischbauweise können Zn-Ni-beschichtete Bauteile Kontakt- und Spaltkorrosion reduzieren. Bei Bauteilen für die E-Mobilität überzeugen Zink-Nickel-Oberflächen durch weitere Vorteile: Zink-Nickel kann – abhängig vom konkreten Anwendungsfall – die Kontaktierung im Hochvoltbereich ebenso ermöglichen wie die Masserückführung. Auch der Zerrüttungsverschleiß wird von Zink-Nickel positiv beeinflusst.

Beschichtungsverfahren für Batteriegehäuse

Die Batterie gilt als das Herzstück im Elektroauto. Sie ist das empfindlichste und zugleich teuerste Bauteil und macht etwa 30 bis 50 Prozent der Gesamtkosten des Fahrzeugs aus. Umso wichtiger ist der Schutz der Batterie, damit sie eine möglichst lange Lebensdauer aufweist. Schützende Hüllen werden häufig aus Aluminium oder auch aus neuartigen, z. T. hochfesten Stählen gefertigt. Zur Beschichtung dieser Schutzhüllen bzw. von Batteriegehäusen samt Deckel und Halterungen kommen bewährte Korrosionsschutzkonzepte aus der Galvanik wie Zink-Nickel-Systeme, zum Teil mit Versiegelung, in Betracht. Sie gewährlisten Korrosionsschutz und zugleich Temperaturbeständigkeit. Für Batteriegehäuse und Batteriedeckel kommen teilweise auch mit Kunststoff verbundene Stahlbleche zum Einsatz. Auch für solche Metall-Kunststoff-Verbindungen können klassische galvanische Beschichtungen genutzt werden, die sich in der Automobilindustrie schon jahrzehntelang für andere stark beanspruchte Bauteile bewährt haben.

Laserbearbeitete KTL-Beschichtung

Batteriewannen, Unterbodenplatten und ähnliche Bauteile können auch mit der Kathodischen Tauchlackierung KTL vor Korrosion geschützt werden. Bei der schwarzen Oberfläche ist besonders interessant, dass mittels nachfolgender Laserbearbeitung auch lackfreie Bereiche geschaffen werden können. Diese lackfreien Stellen können hilfreich sein, um die elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten, um die Stromführung zu ermöglichen oder auch um Massekabel anzubringen. Für nachfolgende Bearbeitungsschritte wie das Schweißen können beschichtungsfreie Flächen ebenfalls vorteilhaft sein.

Weitere Bauteile für E-Fahrzeuge, die von klassischen galvanischen, korrosionsschützenden Beschichtungen profitieren können, sind bspw. Komponenten für Start-Stopp-Einrichtungen, Skidhalter, aus Metall gefertigte Leitungen/Rohrleitungen, Schalen, Befestigungslaschen u.v.m.

Beschichtungspartner unterstützen schon in der Entwicklung

Spezialisten in der Oberflächentechnik bieten die Entwicklung neuer, bedarfsgerechter Oberflächenlösungen für die Elektromobilität an. Dazu zählt bspw. auch das gemeinsame, galvanisiergerechte Anpassen der Konstruktionen, um Kosteneinsparungen bei der Beschichtung zu erzielen. Auch das Projektmanagement spielt hier eine wichtige Rolle. Der richtige Beschichtungspartner kann Projekte mit Blick auf die Oberfläche einschätzen und die Umsetzung vom Muster über den Prototypen bis hin zur Serie aktiv begleiten und die Bauteile beschichtungstechnisch zur Serienreife bringen.

Lesen Sie auch den ersten Teil zum Thema Beschichtungen für die Elektromobilität!


Kommentar schreiben

Kommentar

*

[…] Hier geht es zum zweiten Teil des Artikels Oberflächen für die Elektromobilität! […]