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Neue Werkstoffentwicklungen im Zuge von autonomen Fahrzeugkonzepten, Elektromobilität und 5G

Dichtungen und Werkstoffe
Dichtungen und Werkstoffe in alternativen Fahrzeugkonzepten

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Werkstoffentwicklungen verändern sich gerade im Zuge vom autonomen Fahrzeugkonzepten, Elektromobilität und 5G. Im Interview erläutert Dr. Stefan Reichle, Market Unit Manager Alternative Mobility and Industry, Parker Hannifin, Engineered Materials Group, wichtige Details.

❧ Nico Schröder

Herr Dr. Reichle, autonome Fahrzeugkonzepte verändern die Anforderungen an Werkstoffentwicklungen. Was bieten Ihre Werkstofflösungen aktuell?

Autonome Fahrzeuge benötigen eine Vielzahl an Sensoren, Steuergeräten und weiterer elektronischer Komponenten. Aufgrund des begrenzten Bauraums in Fahrzeugen führt dies zu einer hohen Bauteil- sowie Baugruppendichte, die entsprechend platzsparende Packaging-Lösungen erfordert. Durch eine hohe Leistungsdichte kommen sowohl besondere Anforderungen an die Kühlung beziehungsweise ans Wärmemanagement als auch die EMI-Abschirmung (EMI, electro-magnetic interference) gegen elektromagnetische Störgrößen sowie die zuverlässige Abdichtung der empfindlichen Komponenten gegen Umwelteinflüsse hinzu.

Für all diese Herausforderungen bieten wir entsprechende Werkstoff- und Dichtungslösungen an: beispielsweise Dichtungswerkstoffe, die eine sichere Abdichtung von Umgebungseinflüssen und der verwendeten Kühlmedien langfristig sicherstellen. Darüber hinaus erarbeiten wir in den Bereichen Material und Design zusammen mit unseren Kunden kompakte, das heißt leichte und platzsparende Gehäuselösungen aus Kunststoff für Bereiche im Fahrzeug, in denen aktuell häufig noch relativ große und klobige metallische Gehäuse eingesetzt werden.

Betrachten wir elektrische angetriebene Fahrzeuge. Welches Risiko geht in E-Fahrzeugen von elektromagnetischen Störgrößen aus?

Insbesondere in E-Fahrzeugen, deren elektrische Antriebssysteme, Leistungselektronik und Batteriesysteme allesamt stark schwankende elektrische Felder erzeugen, können wesentliche elektromagnetische Störgrößen, kurz EMI, auftreten. Diese wiederum können bei mangelnder Abschirmung andere elektrische Komponenten und elektronische Steuergeräte im Fahrzeug empfindlich stören. Dadurch kann es bei diesen zu Fehlfunktionen bis hin zum totalen Funktionsverlust kommen. Die daraus resultierenden Risiken reichen von der einfachen Ablenkung des Fahrers wie durch fälschliches Aufblinken von Anzeigen bis hin zum Komplettausfall sicherheitsrelevanter Systeme wie des Airbags, aber auch der verschiedenen, heute vorhandenen elektronischen Fahrerassistenzsysteme.

Neue Anforderungen an Werkstoffe sowie Abschirmung und Dichtungen

Welche neuen Herausforderungen bringen 5G-Netze mit sich?

In der heutigen Fahrzeugarchitektur findet man häufig die Antennen in zentraler Lage an der Fahrzeugaußenfläche. Bekannte Beispiele sind unter anderem die Radioantennen in der Frontscheibe oder die Handyantenne im Dachaufbau. Aufgrund der höheren Frequenzen und der damit verbundenen höheren Dämpfung erlauben 5G-Systeme teils keine langen Antennenwege. Das heißt, die jeweiligen Antennen müssen dezentral relativ nah in die jeweiligen Geräte und Komponenten im Fahrzeug integriert werden. Dies führt zu einer höheren Anzahl und Dichte der Funkquellen und somit potenzieller Störquellen im Fahrzeug, gegen die die umliegenden elektrischen Komponenten zuverlässig abgeschirmt werden müssen.

Was bedeutet 5G also speziell für die Abschirmmaterialien?

Die 5G-Technologie nutzt künftig deutlich höhere Frequenzbereiche als heute üblich. Während heutige Funkstandards wie GSM-Netze oder Bluetooth vorwiegend Frequenzen unterhalb von 3 GHz nutzen, kann bei der 5G-Technologie der Frequenzbereich bis 100 GHz reichen. Dieser deutlich vergrößerte Frequenzbereich erfordert neue, weiterentwickelte Abschirmmaterialien, um eine ausreichende Abschirmung zu gewährleisten. In diesen Frequenzbereichen können schon kleinste Spalte wie an Kabeldurchführungen oder anderen Gehäuseöffnungen die Abschirmungswirkung deutlich reduzieren. Dies und die gleichzeitig steigenden Anforderungen an die funktionale Sicherheit der elektronischen Komponenten im Fahrzeug, die unter anderem in der ISO 26262 festgelegt sind, werden die Anforderungen an die Abschirmtechnologie künftig weiter erhöhen.

Welchen Stellenwert hat der Faktor Gewichtseinsparung aktuell noch?

Gewichtseinsparung wird weiterhin ein wichtiges Thema bleiben, auch wenn in Bezug auf die E-Mobilität und der damit verbunden Möglichkeiten der Energierekuperation häufig behauptet wird, dass dieses Thema nicht mehr so stark im Fokus steht. Einsparungen beim Fahrzeuggewicht bringen nicht nur Vorteile in Hinblick auf die Fahrzeugreichweite. Sie ermöglichen aufgrund der geringeren Masse, die beschleunigt werden muss, den Einsatz kleinerer Komponenten beim gesamten E-Antriebssystem einschließlich der Batterie.

Bei leichteren E-Fahrzeugen können aufgrund des geringeren Gesamtenergieverbrauchs, im Vergleich zu schwereren Fahrzeuge, nicht nur vergleichbare Fahrleistungen mit höherer Effizienz erzielt werden, sondern auch die Gesamtkosten gesenkt werden – beispielsweise durch ein kleineres und somit günstigeres Batteriesystem. Generell unterstützen wir unsere Kunden zum Beispiel dabei, bestehende metallische Komponenten durch unsere leichteren und häufig auch kompakteren Kunststoffverbundlösungen zu ersetzen. Auf Wunsch geschieht das mit einem erweiterten Funktionsumfang durch integrierte Dichtungssysteme oder Abschirm- und Kühlungslösungen.

Kontakt:
Parker Hannifin GmbH
Engineered Materials Group Europe
Arnold-Jäger-Str. 1
74321 Bietigheim-Bissingen
Tel.: +49 7142–351–0
Fax.: +49 7142–351–293
praedifa@parker.com
www.parker.com
Geschäftsführung: Dr. Hans-Jürgen Haas, Kees Veraart

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