Befestigungselemente für Bereiche mit hohen Anforderungen

Die elektrischen Antriebskomponenten von E-Autos wie Motor und Batterie sowie die Leistungselektronik stellen besondere Anforderungen an Befestigungselemente und Funktionsbauteile wie Ventile. Die Verbindungselemente und die funktionellen Bauteile für die technischen Aspekte des elektrischen Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs sind daher von entscheidender Bedeutung. Den Herausforderungen bei der Entwicklung dieser Komponenten wie elektrischer Isolation, raumsparendem Design, Leichtbau oder Korrosionsbeständigkeit begegnet man idealerweise mit innovativen Befestigungslösungen. Diese schaffen weiteren Mehrwert z. B. durch ergonomische oder automatisierte Montage. ITW stellt Bauteile bereit, die diese hohen Anforderungen erfüllen.

Multifunktionale Komponenten

Die wichtigsten Anwendungsbereiche für Befestigungselemente im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen sind die Batterie, die Hochvolt-Verkabelung sowie der mechanische Antriebsstrang mit Getriebe und Motor. Zudem spielen funktionale Komponenten wie Ventile eine entscheidende Rolle. Neben Notentgasungsventilen, die im Falle eines Thermal Runaways den notwendigen Luftstrom sicherstellen, sind Druckausgleichselemente wesentlich für den sicheren Betrieb in vielen Applikationen. Sie sind wasserdicht und erlauben dennoch einen Druckausgleich mit der Umgebung. Im Falle eines ungewollten Eindringens von Wasser stellen Notentwässerungsventile die unmittelbare Entleerung sicher. Die Kombination dieser Ventile verhindert Überdruck und Kurzschlüsse.

E-Auto-Batteriekomponenten

Notentgasungsventil:

Das Notentgasungsventil (Degassing Valve) ist eine wichtige funktionale Komponente für die Entgasung des Batteriegehäuses. Es ermöglicht das gezielte und sichere Entgasen im Falle eines Thermal Runaways der Batterie und gewährleistet gleichzeitig eine Wasserdichtheit im Regelbetrieb bis zu IPX6K/9K. Das Ventil löst bei einem einstellbaren Differenzdruck aus und ist in Ausführungen mit geringer Bauhöhe und Bajonettverschluss erhältlich. Zudem sind spezielle Bauformen möglich, um individuellen Anforderungen gerecht zu werden. Bei kleineren Druckspitzen verschließt das Ventil nach der Öffnung wieder robust und ist anschließend weiterhin wasserdicht.

Druckausgleichsventil:

Das Druckausgleichsventil (Balance Valve) spielt eine wichtige Rolle beim Ausgleich von Druckunterschieden in wasserdichten Gehäusen mit freiem Luftvolumen. Es verwendet eine spezielle Membran, die eine Wasserbarriere bildet und gleichzeitig einen sehr hohen Luftdurchsatz ermöglicht. Das ITW-Team hat dieses Ventil kosteneffizient und platzsparend konzipiert. Zusätzlich kann es hohe Blechdicken-Toleranzen ausgleichen und gewährleistet eine Wasserdichtheit bis zur Schutzklasse IPX6K/9K.

Busbar Fixation:

Das ITW-Team hat eine Busbar Fixation mit einem speziellen Befestigungssystem entwickelt, das eine sichere Verbindung zwischen den Hochvoltleitern gewährleistet. Die Busbar-Lösung von ITW umfasst eine Abdeckung mit einem sicheren Befestigungssystem, das nach dem Poka-Yoke-Prinzip montiert wird und sicherstellt, dass das Teil korrekt befestigt ist, bevor die finale Verschraubung ausgeführt werden kann. Ergänzt wird dies durch einen Toleranzausgleich und eine elektrische Isolierung des HV-Leiters.

Befestigung Batteriemodul:

Die ITW-Befestigung des Batteriemoduls bei Elektrofahrzeugen schafft eine gute Fixierung und verbessert NVH-Eigenschaften (Noise, Vibration, Harshness). Die Befestigung hält die verschiedenen Module innerhalb des Batteriepacks zusammen und verbindet sie miteinander, um ein steifes Modul zu bilden. Beim speziellen ITW-Design wird überformtes Material verwendet, um eine gute Fixierung sicherzustellen und Probleme im Zusammenhang mit Geräuschemissionen zu verhindern.

Getriebe und Motoren

Blindlochbefestigungen:

Die Blindlochbefestigung bietet eine einfache Lösung zur Befestigung von NVH-Dämpfungsmatten/Soundcovern. Die Montage erfolgt axial in gebohrte oder gegossene Löcher. Bei sehr geringen Montagekräften werden gleichzeitig hohe Haltekräfte von ≥ 200 N erreicht. Durch das spezielle Design kann die Blindlochbefestigung durch eine simple Drehbewegung zerstörungsfrei demontiert und anschließend wiederverwendet werden. Dank ihres modularen Aufbaus lässt sich die NVH-Blindlochbefestigung für verschiedene Anwendungen einsetzen.

Hochspannung und Kabel

Kabelkanal Hochvoltbereich:

Der Kabelkanal für Hochvoltleitungen bietet eine All-in-one-Lösung für eine Vielzahl verschiedener Rohre und Kabel. Die integrierten Metalleinsätze und/oder Kunststoff- und TPE-Einsätze verkürzen die Montagezeit und können Aspekte wie Geräuschemissionen verbessern sowie eine sichere Befestigung in der Gesamtbaugruppe gewährleisten. Diese Expertise ermöglicht es ITW, eine vollständige und integrierte Lösung direkt an unsere Kunden zu liefern.

Support Brackets:

Die Support Brackets gewährleisten eine sichere Befestigung und Unterstützung von Kabeln verschiedener Größen und Formen. Sie bieten kosteneffiziente Vorteile in Bezug auf Gewichtsreduzierung, Geräuschdämpfung und zuverlässige Kabelführung. Die Auslegung erfolgt durch moderne FE-Methoden zur bionischen Gestaltoptimierung. Dank ihrer robusten Konstruktion sorgt sie für eine sichere Fixierung der Kabel sowie optimale Leistung.

Spring Stem:

Die „Spring Stems“ hat das ITW-Team speziell für eine einfache Montage in Kunststoffmodulen entwickelt. Das Federelement ist so konstruiert, dass es die Toleranzketten der Komponenten absorbiert und eine sichere Vorspannung über die Lebensdauer hinweg gewährleistet, auch bei Umgebungsbedingungen mit thermischer Ausdehnung und Querkontraktion der Bauteile.

Shoulder Bolt Fastener:

Der Shoulder Bolt Fastener ermöglicht eine einfache Montage in Kunststoffelementen. Durch sein funktionales Design verfügt er über eine große Kontaktfläche, die die Flächenpressung signifikant reduziert. Dadurch kann dieses Befestigungselement auch in leichtgewichtigen Materialien eingesetzt werden. Die zuverlässige Befestigung und Stabilität des Shoulder Bolt Fasteners macht ihn zu einer idealen Lösung für sichere Verbindungen in Kunststoffkomponenten.

Innovationen von ITW Fasteners im Bereich des Elektroantriebs

Drainage Valve: der „Airbag“ für direkt gekühlte Elektronik

ITW Global Fasteners fördert mit Neuentwicklungen die Sicherheit und Langlebigkeit von Elektrofahrzeugen. Um die Nachhaltigkeit der Fahrzeuge zu verbessern, entwickelte ITW unter anderem die innovative Drainage Valve.

• Geeignet für gekühlte Batterien oder Hochleistungselektronik

• Löst aus, wenn ein Leck in den Kühlmittelleitungen auftritt

• Vollständige Dichtheit bis IPX9 im Normalbetrieb möglich

• Ableitung von Flüssigkeit bei Erreichen eines kritischen Pegels

• Unempfindlich gegenüber Luftfeuchtigkeit und Klimawechsel

Die Drainage Valve gestaltet die interne Kühlung von Batterien und Hochspannungskomponenten sicher und zuverlässig. Sie dient als eine Art „Airbag“ für die Elektronik, um Kurzschlüsse in Hochvoltkomponenten durch ungewollten Wasser- oder Kühlmittelaustritt zu vermeiden. Mit diesem Ventil wird der Aufwand für die Abdichtung des Kühlsystems reduziert und gleichzeitig ein wichtiger Sicherheitsmechanismus geschaffen, um potenzielle Schäden durch Leckagen zu verhindern.

Weitere Forschungsschwerpunkte

ITW trägt mit Technologien wie der MUCELL-Technologie oder der Entwicklung von Verbundwerkstoffen dazu bei, dass E-Mobilität noch effizienter und nachhaltiger wird.

MUCELL-Technologie für robusten Leichtbau

Die MUCELL-Technologie ermöglicht einen leichtgewichtigen und gleichzeitig robusten Spritzgussprozess. Je nach Ausführung des Bauteils kann das Gewicht um bis zu 30 % reduziert werden.

Verbundwerkstoffe für spezifische Anwendungen

Für mehr Gewichtsreduktion entwickelt ITW Verbundwerkstoffe, die Metallbauteile ersetzen und spezifische gewünschte Eigenschaften besitzen. Durch den Einsatz von Composites lassen sich zudem erhöhte Festigkeit, verbesserte Korrosionsbeständigkeit und andere vorteilhafte Eigenschaften erreichen.

Umfassende Labortests

Im Labor werden umfangreiche Tests zur Wasserdichtigkeit von Bauteilen, insbesondere von Ventilen wie der Drainage Valve, durchgeführt. Dies beinhaltet die Vorbereitung der Bauteile, die Verwendung spezieller Prüfstände und die Durchführung von Druck- und Dichtheitsprüfungen. Die gesammelten Daten werden analysiert, um sicherzustellen, dass die Bauteile den Wasserdichtigkeitsstandards entsprechen. Das Labor gewährleistet so die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit der Produkte in verschiedenen Anwendungen.

Im Interview: Über die Entwicklung neuer ITW-Produkte

ITW stellt sich den Herausforderungen und ergreift innovative Maßnahmen bei der Entwicklung neuer Produkte für den elektrischen Antriebsstrang. Was ITW angesichts der technischen Unklarheiten und des schnellen Voranschreitens der Elektrifizierung für die Kunden leistet, erfahren Sie im Interview mit Applikation Manager EV Manuel Kellner.

ITW Global Fasteners: Was sind die Herausforderungen bei der Entwicklung von neuen Produkten für den elektrischen Antriebsstrang?

Manuel K.: Bei der Entwicklung neuer Bauteile für die Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs erleben wir gerade eine ziemlich spannende Zeit. Durch die fortschreitende Elektrifizierung mit all ihren technischen Unklarheiten bei gleichzeitig hohem Zeitdruck sind neue Kompetenzen gefragt.

Dank unserer langjährigen Erfahrung mit innovativen ITW-Befestigungslösungen sind wir jedoch in der Lage, aus einem großen Repertoire zu schöpfen, das es uns erlaubt, mit dem derzeitigen Tempo der Branche mitzuhalten und unsere Kunden bei ihren Projekten bestmöglich zu unterstützen.

ITW Global Fasteners: Welche neuen Kompetenzen werden insbesondere durch die Transformation zur Elektromobilität benötigt?

Manuel K.: Neue Anforderungen wie beispielsweise „Technische Sauberkeit“ oder der Einsatz von flammgeschützten Materialien erfordern neues Know-how zur Sicherstellung der gewünschten Funktion und der Sicherheitsaspekte im Elektroauto.

ITW Global Fasteners: Welche Maßnahmen hat ITW dazu bereits erfolgreich umgesetzt?

Manuel K.: Bei allen neuen Herausforderungen steht für uns im Vordergrund, ein tiefes technisches Verständnis aller Aspekte aufzubauen und die bestmöglichen Problemlöser bereitzustellen. Dazu gehört unter anderem die Möglichkeit, auf unserem selbstentwickelten IPX6K-/IPX9K-Prüfstand optimale Dichtungen zu konstruieren, die die neuen Anforderungen erfüllen, oder beispielsweise die Eigenentwicklung von Prüfständen, die eine 100-%-Prüfung mit automatischer Nachverfolgbarkeit gewährleisten.

ITW Global Fasteners: Welche Produkte sind derzeit am anspruchsvollsten?

Manuel K.:Ein Hauptaugenmerk unserer Entwicklungen liegt auf Notentgasungsventilen. Dabei ist es wichtig, ein über die Lebensdauer des Fahrzeugs zuverlässiges und robustes Design zu entwerfen, das Anforderungen wie Bauraum, Wasserdichtheit, Flammschutz und Einbausituation erfüllt sowie bei einer anspruchsvollen 100-%-Prüfung die Qualität sicherstellt. Hier ist viel Kreativität gefragt, um die richtigen Lösungen zu finden.

ITW Global Fasteners: Was kann ich dabei von ITW erwarten?

Manuel K.: Dank unserer breiten Expertise in vielfältigen Projekten sind wir schnell in der Lage, die richtigen Fragen zu stellen und das Problem im Kern zu definieren. Durch umfangreiche Prüfungen und Voruntersuchungen haben wir bereits einen breiten Baukasten an möglichen Problemlösern definiert, die eine rasche Lösungsfindung aufzeigen können. Dabei sehen wir uns nicht als reiner Lieferant, sondern als Entwicklungspartner, der versucht, das optimale Produkt für den spezifischen Bedarf gemeinsam mit dem Kunden zu entwickeln.