Stromschiene/Busbar Automotive

M.TEC entwickelt als Engineering-Dienstleister Lösungen im Bereich umspritzte Stromschienen/Busbars für die Elektromobilität.

Stromschiene/Busbar, Automotive - CAD-Darstellung

Umspritzte Stromschiene (Engineering by M.TEC)

Entwicklungsaspekte und -ziele: Hochbelastetes Hybrid-Bauteil, Höchste Sicherheitsanforderungen – Sicher, Kompakt, Leistungsfähig, Präzise, Robust

Leistungen von M.TEC in diesem Projekt:

Die umspritzte Stromschiene (engl. overmolded busbar) dient im Automotive-Bereich der sicheren Leitung des elektrischen Stroms zwischen Hochvoltspeicher, Steuergerät, Antrieb und Ladeeinheit. Wesentliche Herausforderungen in der Entwicklung & Konstruktion:

Isolierung / Elektrische Trennung

Die Hauptfunktionen der Stromschiene sind die sichere, kurzschlussfreie Leitung der elektrischen Energie zwischen dem Stromspeicher und den Antriebs- und Ladekomponenten sowie der Schutz von Montage- und Werkstattpersonal vor dem Berühren spannungsführender Bauteile.

Isolierung: Funktionserfüllung und Produzierbarkeit im Widerspruch

Thermoschocktest, Temperaturwechselbeständigkeit

Automobilkomponenten werden scharfen Temperaturwechseltests und Temperaturschocktests unterzogen. Stromschienen werden aus mehreren Materialien (Kupfer, Thermoplaste, Elastomere) mit sehr unterschiedlichen thermischen Eigenschaften (Wärmeausdehnungskoeffizient) hergestellt. Temperaturschocktests, bei denen die Bauteile im schnellen Wechsel erwärmt und abgekühlt werden, können zu Beschädigungen an den Bauteilen und dem Versagen bei den Tests führen. Mögliche Fehler oder Schäden sind übermäßiger Bauteilverzug, Risse im Kunststoff oder ein Ablösen der Verbindung von Kunststoff und Kupfer. Die Folge ist der Verlust der Isolationswirkung, das Eindringen von Feuchtigkeit und damit Korrosion und elektrische Kurzschlüsse.

Thermoschocktests: Frühe Absicherung der technischen Konzepte

Bestromungstests

Bestromungstests der Stromschienen bilden Fahrzyklen und Ladezyklen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen in besonders scharfer Form nach. Dabei werden bewusst große Temperaturunterschiede und -wechsel in der Stromschiene erzeugt, die aus dem Fahrbetrieb resultieren.

Aufgrund der unterschiedlichen Materialien, aus denen die Stromschienen aufgebaut sind, kommt es zu großen thermischen Spannungen in den Bauteilen. Das kann zu Fehlern und Schäden führen, wie z. B. starker Bauteilverzug, Risse im Kunststoff oder Ablösen des Kunststoffes vom Kupferleiter. Die wesentlichen Bauteilfunktionen sind dadurch gestört oder nicht mehr gegeben, die Bauteile versagen und die Tests werden nicht bestanden.

Bestromungstests: Realitätsnahe Voraussagen durch thermische Simulationen

Abdichtung / Dichtigkeit

Wenn die Abdichtung nicht vollständig gegeben ist können Medien von außen an die elektrischen Kontakte gelangen (Feuchtigkeit, Staub, Schmutzpartikel, Salze, Reinigungsmittel, Öle, Fette, Bremsflüssigkeit etc.). Dadurch kommt es zu Funktionsstörungen oder Beschädigungen der Stromschiene und verbundener Bauteile. Im schlimmsten Fall kommt es zu einem Kurzschluss, der auch den Hochvoltspeicher und die Elektronik beschädigen kann. Andere Schadensbilder, die sich über längere Zeit entwickeln und schließlich zum Funktionsausfall führen, sind etwa schleichende Korrosion und Abrieb an Steckkontakten. Die Dichtung muss in der Regel auch nach einer Demontage des Bauteils zu Wartungszwecken und der erneuten Montage genauso sicher wie vorher funktionieren.

Dichtungsauslegung – Bauteilverzug und Toleranzen

Lange Lebensdauer

Die Stromschiene muss über die Lebensdauer hinweg fehlerfrei funktionieren. Kommt es zu einem Versagen, entstehen in Einzelfällen hohe Reparaturkosten. Bei einem systemischen Fehler müssen ggf. sogar Rückrufaktionen durchgeführt werden. Gründe für ein Versagen kommen aus den Belastungen beim Verbau im Fahrzeug, dem Fahrbetrieb und aus Umwelteinflüssen. Im Fahrbetrieb wirken hauptsächlich thermische Belastungen und mechanische Kräfte auf die Stromschiene, z. B. Schwingungen, Schläge oder Verwindungen. Umweltbelastungen ergeben sich vor allem durch den Einfluss von Medien wie Wasser, Staub, Sand, Salz und Chemikalien, oft in Kombination mit klimatischen Einflüssen.

Lebensdauer: Belastungen und Werkstoffeigenschaften richtig verstehen

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