Entwicklung einer anorganischen Vergussmasse für elektrische Maschinen und Leistungselektronik (AVEL); Abschlussbericht zum Teilvorhaben von Heraeus Electronics: Formulierungsentwicklung der anorganischen Vergussmassen zur Anforderungserfüllung der elektrischen Maschinen und Leistungselektronik, sowie zur Prozessierbarkeit im industriellen Maßstab

Abstract

Im Rahmen des Verbundvorhabens AVEL wurden Umhüllungsmaterialien auf Zement-Basis auf die Bedürfnisse der elektrischen Antriebe und in Hinblick auf die Systemintegration untersucht und angepasst. Die Erhöhung der Leistungsdichte von elektrischen Antrieben und leistungselektronischen Modulen führt vermehrt zum Betrieb der Baugruppen bei erhöhten Temperaturen und schafft Bedarf für neuartige Entwärmungskonzepte. Anorganische Vergussmassen auf keramischer Basis bieten eine temperaturrobuste Alternative zu bewährten polymeren Isolationsmaterialien, und bieten zudem interessante Perspektiven für neue Entwärmungspfade. Im AVEL-Teilvorhaben von Heraeus Electronics lag der Fokus auf einem grundlegenden Verständnis der Anforderungen von Anwendungen für elektrische Antriebe sowie die Leistungselektronik und den daraus resultierenden benötigten Materialeigenschaften. Dabei wurden grundlegende Fortschritte bei der Zement-Formulierung ermöglicht, so dass zu Projektende zwei neuartige hochtemperaturstabile Umhüllungsmaterialien im Rahmen der „CemPack“-Serie entwickelt werden konnten. Mit CemPack vergossene E-Maschinen/-Motoren konnte bei Automotive-Statoren eine Erhöhung der Dauerleistung um 15-20 % bzw. bei Industrie-Maschinen eine ca. 25% höhere Verlustleistung im Vergleich zum Verguss mit gefülltem Epoxidharz erreicht werden. Zusätzlich zeigte die CemPack-Vergussmasse mit überwiegend anorganischen Bestandteilen eine um ca. 60-70% verringerte CO2- und Energiebilanz und einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu konventionellen organischen Silikon- oder Epoxy-Moldcompound-Materialien.