AVEL - Entwicklung einer anorganischen Vergussmasse für elektrische Maschinen und Leistungselektronik; Abschlussbericht zum Teilvorhaben: Anorganischer Verguss im integrierten elektrischen Fahrzeugantrieb; der Volkswagen Group

Abstract

Kernziel des Projektes ist die Erforschung von neuen anorganischen Vergussmassen aus der Klasse der Zemente zum Einsatz in elektrischen Antriebssystemen für elektrische Fahrzeugantriebe. Zement bietet mit seiner Eigenschaft der hohen thermischen Leitfähigkeit sowie bzgl. Gefährdungspotential und Entsorgung große Chancen. Damit könnten ggf. andere, teurere Materialien und Bauteile eingespart und ein verbessertes Gesamtkonzept zur Erhöhung der Leistungsdichte bzw. eines effizienteren Betriebs ermöglicht werden. Insgesamt eröffnete die eingesetzte Zementrezeptur bei der Anwendung der elektrischen Maschine in Automotive-Applikation ein hohes Potential hinsichtlich eines Wickelkopfvollvergusses. Es konnte im Vergleich mit herkömmlichen Vergusssystemen gezeigt werden, dass der Einsatz des Zementes mit industriellen Verfahren und bei vertretbarem Prozessierungsaufwand zu verarbeiten ist. Die nachweislich gelungene Verbesserung der thermischen Maschinenperformance im Vergleich zum vergusslosen Aufbau ermöglicht eine Optimierung des Antriebs in Richtung erhöhter Wettbewerbsfähigkeit durch eine Produktkostenoptimierung. Die im Projekt entwickelten Zemente konnten die prognostizierten Werte der Wärmeleitfähigkeit erreichen. Die simulativen und experimentellen Untersuchungen zeigen, dass ein Einsatz von Vergussmaterial mit diesen Eigenschaften einen deutlichen Performancegewinn in automotiven Anwendungen ermöglichen kann. Zum Projektabschluss kann ein direkter Produkteinsatz zumindest in Automotive-Anwendungen noch nicht erfolgen. Innerhalb des Projektrahmens konnten die Serienreife des Materials nicht erzielt sowie Betrachtungen der Alterungs- und Schädigungsmechanismen nicht durchgeführt werden. Grundsätzlich ist jedoch umfangreiches Wissen zu der neuartigen Materialklasse entstanden, das als Grundlage von Folgeprojekten zur Technologieweiterentwicklung oder zur Bewertung und Einschätzung alternativer Vergussverfahren eingesetzt werden kann. The target of the project is to research new inorganic potting compounds from the class of cement for use in electric drive systems for electric vehicle powertrains. Cement offers significant advantages due to its high thermal conductivity as well as its low risk potential and ease of disposal. This could potentially allow for the substitution of other, more expensive materials and components, enabling an improved overall concept for increasing power density and achieving more efficient operation. Overall, the cement formulation used in the application of the electric machine in automotive contexts demonstrated high potential for full encapsulation of the end winding. Compared to conventional potting systems, it was shown that cement can be processed using industrial methods with an acceptable level of processing effort. The improvement in thermal machine performance could be proven compared to an unpotted design. That enables optimization of the drive system toward greater competitiveness through product cost reduction. The cement developed in the project achieved the predicted thermal conductivity values. Both simulation and experimental analyses indicate that using potting material with these properties can deliver a significant performance gain in automotive applications. At project closure, direct product implementation in automotive applications is not yet possible. Within the project scope, material readiness for series production could not be achieved, nor were investigations into aging and damage mechanisms conducted. Nevertheless, extensive knowledge about this novel material class has been generated, which can serve as a foundation for follow-up projects aimed at further technological development or for evaluating and assessing alternative potting methods.