Isolation

Isolation und Isolationswerkstoffe sind zentrale Themen der Elektrotechnik und somit auch der Elektromobilität. Gerade in mobilen Anwendungen bestehen zusätzliche Anforderungen an den Isolationswerkstoff wie z.B. Gewichtsanforderungen, aber auch hinsichtlich mechanischer Beanspruchbarkeit. So muss beispielsweise auch Verschleißschutz, Abriebfestigkeit und Penetrationsschutz der Isolation und der benachbarten Flächen gewährleistet werden.

 

Anforderungen an die Isolation

An die elektrischen Eigenschaften der Isolationswerkstoffe werden Anforderungen gestellt, wie

  • ausgezeichnete Isolationseigenschaften
  • hohe Durchschlag- und Kriechstromfestigkeit
  • zuverlässige Funktionserfüllung und Alterungsbeständigkeit unter den gegebenen Umgebungsbedingungen wie Temperaturen, Feuchtigkeit, Medien, UV-Strahlung u.ä.
  • halogenfreie Flammwidrigkeit
  • antistatische Eigenschaften

 

In mobilen Anwendungen bestehen zusätzliche Anforderungen an den Isolationswerkstoff wie z.B.

  • Tragfähigkeit, Penetrationsfestigkeit, Verschleiß- und Abriebfestigkeit bei hohen lokalen Pressungen z.B. durch Vibrations- und Schockbelastungen, Windlasten und Wellengang, Verformungen und Temperaturwechseln, u.ä.
  • geringe Relaxation und Kriechneigung unter Beanspruchung
  • keine Durchdringung der Isolation, keine Penetration der Isolation im Betrieb, in der Regel in Verbindung mit Sauberkeitsanforderungen an Bauteile, die Montage und Betrieb
  • keine Veränderung der funktionsrelevanten Werkstoffeigenschaften in den Betriebsbedingungen z.B. Temperaturbereich, Feuchtigkeit, Verschmutzung

 

Isolationslösungen und Isolationswerkstoffe

Herausfordernd in mobilen Anwendungen ist die Abrasion z.B. von Korrosionsschutzschichten oder der Isolierung durch die Beanspruchung und die Relativbewegungen im Kontakt.

Zudem wird oft zwar eine elektrische Isolation gefordert, jedoch eine thermische Leitfähigkeit gewünscht, zu Gunsten des Thermomanagements.

Potentielle Werkstoffe sind Epoxidharze, flammhemmende Polypropylenfolie, Polyesterklebeband mit drucksensitivem Acrylatkleber.

Jeder dieser Werkstoffe hat seine Stärken und Vorzüge. Für die Steigerung der Robustheit und Sicherheit bewährt sich das Prinzip der Ergänzung.
So lassen sich Funktionsschichten herstellen, optimiert hinsichtlich elektrischer und mechanischer Anforderungen, wie auch der Isolationsüberwachungs- und Diagnosemöglichkeiten. Gerade bei hohen evtl. schwer zu vereinenden Anforderungen ergänzen sich Eigenschaften verschiedener Isolationswerkstoffe.

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Prinzip der Funktionstrennung und Ergänzung in den Stärken verschiedener Isolationswerkstoffe z.B. Vermeidung des Unterkriechens durch Feuchtigkeit und Wasser oder Steigerung der Verschleißfestigkeit und Sicherheit durch geprüfte Folien.

 

 

Testing, Analyse und Verifikation

In unsren Prüflaboren verifizieren wir wichtige Anforderungen und Eigenschaften zur Erfüllung der Funktionen. Dazu zählen neben den elektrischen auch die mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Verschleiß- und Abrasionsfestigkeit aber auch Medienresistenz und Alterungsmechanismen.

Beschleunigte Alterungstests von lsoliersystemen in elektrischen Maschinen: Die Systeme und deren Komponenten müssen die oben genannten betrieblichen Anforderungen während der gesamten Lebensdauer standhalten. Um diesen Anforderungen zu genügen, werden die Alterungsprozesse/Alterungsmechanismen und Verschleißmechanismen von lsoliersystemen bereits im Entwicklungsprozess berücksichtigt. Zur Untersuchung verschiedener spezifischer Mechanismen, die durch kombinierte Belastungen auftreten, wurden Modelle und Methoden zur Simulation entwickelt.

 

 

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Wichtige Anforderungen und Eigenschaften zur Erfüllung der Funktionen werden geprüft.

Isolationsüberwachung

Vorteil der Überwachung ist die Detektion von Veränderungen und bereits von Erst-Fehlern und damit die Vermeidung von sicherheitskritischen Folgefehlern.

 

 

Bewertung und Nachweis der Isolationskoordination von Systemen

Die Isolationskoordination besteht aus einem Nachweis, ob die elektrische Isolierungen einerseits und die Robustheit der elektrischen Isolierungen andererseits den Spannungsbeanspruchungen standhalten.

Die Norm DIN EN 60071 (VDE 0111) Isolationskoordination nennt als Bemessungsgrößen:

Mindestluftstrecken zur Vermeidung eines elektrischen Durchschlags. Diese sind von den Mikro-Umgebungsbedingungen unabhängig, sofern sie eine bestimmte Mindestgröße überschreiten.
Mindestkriechstrecken für die Verschmutzungsgrade 1 bis 4 zur Vermeidung des Versagens infolge Kriechwegbildung entlang der Isolierstoffoberfläche.
Mindestkriechstrecken zur Vermeidung des elektrischen Überschlags entlang der Isolierstoffoberfläche.

 

Profitieren Sie von unserem Know-How in den Bereichen Tribologie und Verschleißschutz sowie Isolationslösungen für die Elektromobilität. Weitere Information erhalten Sie gerne in einem unverbindlichen und persönlichen Gespräch:
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