Neue Herausforderung für bewährte Anwendungen

Die Elektrifizierung ist weltweit der Schlüssel zu klimafreundlicher Mobilität: zu Land, zu Wasser und in der Luft. Besonders in der Automobiltechnik ist diese Transformation spürbarer denn je und reicht von unzähligen Bedienelementen im Interieur, mit aerodynamischen Anbauteilen und vielfältigen Sensoren im Exterieur, über den Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen bis hin zur Ladeinfrastruktur, in Form von Steckern, Buchsen, Säulen, Ladeboxen. Hier kommen häufig technische Thermoplaste wie Polyamide, Polycarbonate, Polyester und ihre Blends zum Einsatz. Dabei müssen gute Verarbeitungseigenschaften mit hohen Anforderungen an mechanische Eigenschaften, Dimensionsstabilität, Flammwidrigkeit, Kriechstromfestigkeit, Alterungs- und Witterungsbeständigkeit vereint werden. Durch die immer stärkeren Ladespannungen und Ladeströme rückt das Thema Hochspannungs-Kriechstromfestigkeit in den Fokus.

In diesem Zusammenhang ermittelt die Prüfung zur Hochspannungs-Kriechstromfestigkeit nach DIN EN 60587 »Elektroisolierstoffe, die unter erschwerten Bedingungen eingesetzt werden«, wie stark sich die Isolationsfähigkeit einer Oberfläche bei hohen Spannungen (≥ 1 Kilovolt kV) im Freien unter dem Einfluss von Feuchte und Verunreinigungen ändert. Ist die Zeit zur Kriechwegbildung unter der jeweils angelegten Spannung größer als 60 Minuten (time-to-track), gilt die Prüfung als bestanden. Die angelegte Prüfspannung wird sukzessive in Schritten von 0,5 kV erhöht und die Prüfung wiederholt. Das Prüfergebnis ist die maximale Prüfspannung, im Englischen auch als IPT-Wert (Inclined Plane Tracking) bezeichnet, bei der die Zeit zur Kriechwegbildung an jeweils fünf Proben größer 60 Minuten ist. Dieser Test ist sehr zeit- und arbeitsintensiv und eignet sich nur begrenzt, um beispielsweise in der Entwicklung neuer Compounds als einfache und schnelle Methode zur Bewertung der Hochspannungs-Kriechstromfestigkeit eingesetzt zu werden. Auch sind Rückschlüsse aus anderen Prüfungen und Tests, wie dem für Spannungen bis 600 Volt genormten CTI-Wert (Comparative Tracking Index), nicht möglich, da die Werkstoffe unter den verschiedenen Prüfanordnungen unterschiedliches Verhalten zeigen.

Erfolgreich im Verbund

Im Vordergrund steht zunächst die Eruierung der verschiedenen Einflussfaktoren auf ihr Verhalten im IPT-Test. Diese gilt es zu gewichten und zu bewerten, um die relevanten Einflussgrößen für die Einstufung der Materialien nach dem IPT-Test ableiten zu können. Dabei wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer LBF Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen den Testverfahren CTI und IPT herausarbeiten und miteinander vergleichen. An geeigneten Modell-Compounds werden darüber hinaus Wirkweisen und mechanistische Grundprinzipien untersucht. Daraus wird das Forscher-Team Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und idealerweise Methoden zur Vorhersage des Werkstoffverhaltens ableiten.

Das Fraunhofer LBF plant das Verbundprojekt mit industriellen Partnern, um umfassende Kenntnisse zu Wirkweisen flammgeschützter technischer Thermoplasten hinsichtlich ihrer Hochspannungs-Kriechstromfestigkeit zu entwickeln.

Ein industrielles Verbundprojekt realisiert Vorhaben kosteneffizient, da die Aufwendungen gemeinsam getragen werden. Die Projektpartner erschließen neue Kontakte und vertiefen vorhandene. In diesen branchenübergreifenden Zusammenschlüssen wird die Thematik des Vorhabens über Fachgrenzen hinweg diskutiert, wodurch alle Beteiligten ihr fachliches Wissen erweitern. Details zu den Schwerpunkten und dem weiteren Vorgehen finden Interessierte unter folgendem Link: www.lbf.fraunhofer.de/kriechstromfestigkeit-thermoplaste