引脚与母线的密封,是动力总成及电力电子组件持久耐用的关键技术。
电动辅助组件(如油泵或压缩机)以及新一代功率电子部件,对密封技术有着极高要求。而电气引脚与母线的密封正是其中的关键环节。本文将介绍这一应用的功能特性、汽车领域不断升级的技术挑战,并阐述全新密封剂世代如何通过改进的材料性能和现代化固化方案,大幅提高效率与可靠性。
新一代密封剂
随着动力传动系统电气化的推进,对元件密封的要求明显增加。电动辅助装置(如油泵、水泵、压缩机、控制单元)和新型电力电子元件(如车载充电器、逆变器、转换器)对电动汽车运行至关重要。它们在电动汽车的能量管理和温度控制中承担核心任务。这些元件通常在苛刻条件下工作:与机油或冷却液直接接触,在持续高温以及极端温度循环下运行。
油泵示意图,其中引脚密封对于保护电子元件免受油环境影响至关重要;粘合剂着洋红色以便更好地说明
因此,原始设备制造商和供应商越来越面临确保其系统在长期运行期间可靠性的挑战。反复泄漏或更换故障连接器会造成显著的后续成本。因此,对更耐用元件的需求不断增长,这可以通过有效且专门开发的密封粘合剂来实现。
特别关键的区域是电子元件和机械组件之间的过渡。引脚和母线通常形成从印刷电路板到装置外部的过渡,例如在电动油泵、电子压缩机或电力电子设备中。在引脚密封中,电气引脚得到保护。而在母线密封中,扁平导体——作为组件间能量传输的导体——得到专门保护以防止介质和湿度的影响。
它们将信号或电流从电子元件中传输出来,由于其暴露位置而承受特殊的环境影响。即使在极端温度应力下,也必须确保这种免受外部影响的保护。即使密封中最小的分层或裂纹也会导致介质渗透,进而可能导致腐蚀甚至短路。
对密封关键汽车组件的要求不断增加。多年来,不仅温度升高或测试持续时间延长,密封固化过程的速度和效率也已成为优先考虑的因素。
引脚和母线密封的基本原理:
为了最佳地满足这些多样化需求,目前基于聚合物的新一代密封剂标志着该领域最大的发展步伐。它们将显著改进的长期介质耐性与高粘接强度和持久稳定的弹性相结合。
其优化的流动特性能够精确润湿复杂几何形状,而现代固化概念则允许快速、节能的生产过程。性能和工艺可靠性的这种结合使新材料一代成为耐用、坚固和低维护电驱动系统的核心推动因素。
引脚(左)和母线密封(右)示意图;密封剂着洋红色以便更好地说明
用于密封的材料必须承受高热应力和化学应力。它通常与油类、添加剂或冷却液直接接触,同时暴露在-40°C至160°C的温度循环中。
此类高性能聚合物的基本要求包括:
这些热机械性能必须在温度和介质暴露下保持一致稳定,这通过长期储存测试得到证明。具体来说,这意味着密封剂尽管具有宽网格、柔性网络,但必须表现出最小的介质溶胀和在升高温度下的低质量损失。
目前,新一代密封剂标志着该应用领域的重大创新步骤。旗舰产品DELO DUALBOND GE4926已在首批系列应用中证明了自己是密封领域的新基准,与上一代相比显示出显著改进的性能。在160°C ATF油中长期储存后的溶胀行为可减少多达85%。同时,在各种油类和温度储存测试后的粘接性在常见基板上显示出两倍以上的耐久性。
断裂伸长率——评估持久弹性的重要机械特性——也得到了优化:在各种苛刻介质中长期储存后的下降约低20%,同时可能的工作温度更高,可达160°C。这些进步显著有助于将重度受力组件的性能和可靠性提升到新标准。
蛛网图显示了DELO DUALBOND GE4926等新开发产品相比上一代产品的显著改进性能概况——特别是在温度影响下
密封性能不仅由材料决定,同样也由引脚和空腔的几何形状决定。倒角、不均匀的间隙宽度或润湿表面不足都可能显著损害密封效果。材料、点胶策略、流动行为和固化过程的协调相互作用至关重要。这些关系同样适用于母线密封,由于其扁平且有时为多层导体结构,对润湿和固化行为提出了特别高的要求。
优化的流动特性和适当的处理时间能够将密封剂可靠地引入空腔的所有区域——即使对于复杂组件也是如此。现代点胶技术和过程监控(如在线荧光控制)确保持续的高质量。特别是对于母线,控制流入最小间隙以覆盖完整密封区域至关重要。这同样适用于电力电子设备中的密封,其中引脚和母线通常具有复杂的几何形状,间隙宽度狭窄且有倒角。
根据应用和制造要求,使用各种固化概念。传统上,采用热固化工艺,特别是对于发动机舱要求,因为它们确保最高可靠性。通过新的配方可能性,现在也有光固化材料可用。这些材料实现快速和节能的工艺。在许多情况下,消除烘箱可节省制造中的额外空间和投资成本。
双重固化是一个广泛应用的概念,其中密封胶首先通过光固化。然后通过湿度在阴影区域完全固化。组件可在光固化后立即进行进一步加工和泄漏测试。这缩短了循环时间并实现了温度敏感组件的温和处理。
双重固化过程的示意图:1)密封剂点胶,2)DELOLUX点光源瞬时光固化 3)室温最终固化(阴影区域的湿度固化)
替代方法是流动中的活化。在这里,光照射在点胶过程中发生。这开始了5-10分钟的开放时间,在此期间密封剂既具有良好的流动性又具有足够的润湿能力,以确保即使在预活化后的一段时间内也能密封整个空腔。然后密封剂无需进一步步骤即可固化至最终强度。
如果暴露的密封剂区域在组装后额外进行光固化,则可立即进行进一步加工,因为这会产生即时初始强度并防止密封剂流出。因此,流动中的活化将短工艺时间与高工艺可靠性相结合,也适用于具有倒角的复杂几何形状,并通过消除能源密集型烘箱步骤来节约资源。
通过DELO-ACTIVIS流动中活化装置进行引脚密封
高耐性密封解决方案的开发在未来几年仍然是一项核心任务。目前的材料解决方案已经对常见油类和冷却液提供了很好的耐性,以及在升高温度下的稳定机械性能。尽管如此,每年都有新的侵蚀性介质投入市场,重新测试基于密封剂的密封件的耐性。这些可能是新的含添加剂机油或更具成本效益的冷却液。
因此,持续开发工作的目标是不断用新介质和温度要求测试最佳密封剂解决方案,并在某些情况下专门优化耐性。汽车油类的差异特别需要密封剂的持续开发。根据油的组成,扩散和因此的密封剂溶胀可能会发生变化。通常,密封剂配方中的微小优化就足以将所述性能提升到必要水平。
通过这些进步,引脚和母线密封技术将进一步巩固其作为现代电气化驱动系统和相关电力电子设备核心组件的作用——无论是电池还是燃料电池概念决定驱动方式。
技术演讲:"电机新型高科技光固化粘合剂:引脚和母线密封作为电子元件坚固保护的关键技术"[下午3点20分/2号展厅]
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电机用高强度粘合剂 (Electronic Motors)