Hochleistungspolyamid für Stromschienen Erst extrudieren, dann eng biegen: So gelingen kompakte 800-V-Busbars

Wie lassen sich Stromschienen im E-Auto auf engstem Raum verlegen, ohne dass die Isolierung reißt? Spezialpolyamide von Ems-Grivory haften direkt auf Kupfer und Aluminium und überstehen enge Biegeradien bis hinunter zur einfachen Leiterdicke und erledigen auch dann ihren Job: Sie isolieren bei Spannungen bis zu 1.000 V und thermischen Lasten bis zu 150 °C.

Kürzere Ladezeiten treiben die Entwicklung elektrischer Antriebsstränge voran und verschieben die Systemspannungen von 400 V auf 800 V und darüber hinaus. Mit der steigenden elektrischen Leistung klettern auch die Betriebstemperaturen in den stromführenden Komponenten. Massive Stromschienen aus Kupfer oder Aluminium – sogenannte Busbars – ersetzen im Hochvoltbordnetz zunehmend klassische Rundkabel, weil sie hohe Ströme auf deutlich kleinerem Raum übertragen. Doch genau diese kompakte Bauweise bringt herkömmliche Kunststoffummantelungen bei Hitze und engen Biegeradien an ihre physikalischen Grenzen.

Elektrische Isolation unter thermischer Last

Im Fahrzeug verbinden Busbars zentrale Komponenten wie Batterie, Inverter, DC-Link-Systeme und Power Distribution Units. Typische Leiterquerschnitte bewegen sich in modernen Hochvoltarchitekturen zwischen 35 mm² und 120 mm². Während schneller Ladevorgänge erwärmen sich diese Schienen kurzzeitig auf rund 130 °C, in Lastspitzen sogar auf bis zu 150 °C.

Bei vielen Standardkunststoffen sinkt jedoch mit steigender Temperatur der spezifische Durchgangswiderstand drastisch ab: Durch die Wärme werden Polymerketten sowie im Material vorhandene Ionen beweglicher, sodass der Widerstand oft um mehrere Zehnerpotenzen einbricht. Bei 800-V-Busbars und Temperaturen bis 150 °C führt ein zu starker Abfall zu unerwünschten Leckströmen, lokaler Eigenerwärmung der Isolierschicht und im Extremfall zum elektrischen Durchschlag. Die verkürzt die Lebensdauer des gesamten Hochvoltsystems.

Enge Biegeradien fordern Haftung und Duktilität

Neben der thermischen Belastung erschwert der knappe Bauraum im Batteriepaket und in der Leistungselektronik die Konstruktion. Stromschienen verlaufen im Fahrzeug selten geradlinig, sondern winden sich dicht um Batteriemodule und Gehäusekanten herum. Verarbeiter ummanteln die Metallprofile zunächst im Extrusionsverfahren mit Kunststoff, schneiden sie ab und biegen sie erst anschließend in ihre endgültige dreidimensionale Geometrie. Dabei erreichen die Biegeradien oft nur das Ein- bis Zweifache der eigentlichen Leiterdicke.

Dieser Umformprozess nach der Extrusion belastet die Polymerschicht ungleichmäßig. An der Außenseite der Biegung dehnt sich der Kunststoff stark, darf aber weder reißen noch unter die erforderliche Mindestwanddicke abfallen. Gleichzeitig wirken an der Innenseite hohe Druckkräfte, die keine Falten werfen oder die Schicht vom Metall ablösen dürfen. Löst sich die Schicht vom Metall oder wirft sie Falten, verliert die Ummantelung ihre mechanische und elektrische Schutzfunktion.

Polyamide für Spannungen bis 1.000 V

Für dieses Anforderungsprofil hat der Schweizer Polymerspezialist Ems-Grivory in seinem Grilamid-Portfolio haftmodifizierte PA12-XE-Typen entwickelt, die für Busbar-Anwendungen bis 1.000 V patentiert sind. Selbst im kritischen Temperaturfenster zwischen 100 °C und 150 °C fällt der spezifische Durchgangswiderstand dieser Werkstoffe deutlich geringer ab als bei herkömmlichen Isolationskunststoffen. Dadurch bleibt die elektrische Abschirmung auch unter hohen Dauer- und Spitzenlasten stabil. Gleichzeitig erzielen die Polyamidtypen eine hohe Haftung direkt auf Kupfer- und Aluminiumoberflächen.

In Kombination mit einer hohen Duktilität übersteht die Isolierschicht das nachträgliche Biegen auf engstem Raum unbeschadet. Konstrukteure können dadurch dünnere Wanddicken realisieren und den verfügbaren Bauraum im Elektrofahrzeug effizienter ausnutzen. Geringere Schichtdicken senken wiederum den Materialverbrauch, reduzieren das Bauteilgewicht und drücken die Systemkosten. Europäische und chinesische Automobilhersteller setzen diese Spezialpolyamide bereits in der Serienfertigung für ihre aktuellen Hochvoltarchitekturen ein. (mg)