Kluthe Magazin
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Die Umstellung der Autobauer auf Elektromobilität wirkt sich auch auf die Oberflächentechnik aus. Gefragt sind neue Technologien für die Autobeschichtung und Beschichtungsverfahren für elektrische Komponenten. Zu den Schwerpunkten zählen die Gewichtsreduzierung, die zuverlässige Isolierung stromführender Teile und der Korrosionsschutz elektrischer Kontakte.
Leichtbau für weniger Energieverbrauch
Begrenzte Reichweiten und lange Ladezeiten sind Gründe, die viele Autofahrer davon abhalten, sich mit der Elektromobilität anzufreunden. Ein Ersatz für den Reservekanister mit Kraftstoff wurde für batteriebetriebene E-Autos noch nicht erfunden. Wenn vielleicht die Brennstoffzelle irgendwann an Bedeutung gewinnt, könnte sich das ändern. Aber auch dort werden sich leichte Materialien durchsetzen. Leichte Konstruktionswerkstoffe wie hochfeste Stähle, Kohleverbundfaserstoffe oder Aluminium- und Magnesiumlegierungen helfen, das Gewicht der Fahrzeuge zu verringern und Energie einzusparen. Im Mittelpunkt stehen hierbei das Fahrwerk, die Karosserie und ihre Anbauteile. Und auch die Batterie kann leichter werden.
Die Autobeschichtung muss sich auf die neuen Materialien einstellen. Die Anforderungen betreffen einerseits die dauerhaft beständige, dekorative Lackierung der Oberflächen und andererseits funktionale Eigenschaften der Autobeschichtung wie Korrosionsschutz, elektrische Isolation, Erhöhung der Leitfähigkeit von Kabelverbindungen und Verringerung der Reibwerte. Auch das trägt zur Energieeinsparung bei, vor allem dann, wenn die Beschichtung selbst mit wenig Materialeinsatz auskommt.
Was bringt die Gewichtsreduzierung für die Elektromobilität?
In den Batterien ist die Energie gespeichert, die die Autos antreibt. Die Motoren wandeln die Elektroenergie in Bewegungsenergie um. Bewegungsenergie ist gleich Masse mal Geschwindigkeit zum Quadrat geteilt durch zwei:
E=m*v²/2
Bergauf kommt noch die potentielle Energie dazu: Masse mal Gravitationskonstante mal Höhenunterschied:
E=m*g*h
Beim Bremsen und Bergabfahren kann man sich einen Teil davon zurückholen und die Batterie wieder ein bisschen aufladen. Der Rest bleibt verloren. Reduziert man die Masse des E-Autos, braucht die Batterie von Anfang an weniger Energie zu liefern. Der verlorene Rest verringert sich entsprechend. Die Autobeschichtung trägt wesentlich dazu bei, dass leichte Werkstoffe und dünne Bleche zuverlässig vor Umwelteinflüssen und mechanischen Beanspruchungen geschützt werden.
Lösungen für Batterien
Für den Bau von Batterien bietet sich das Verfahren Galvanoformung an. Dabei werden Folien, solange galvanisch mit Material beschichtet, bis sich ein Bauteil herausgebildet hat, das sich bei Bedarf von der Folie ablösen lässt. Auf diese Weise lassen sich die Elektroden der Batterien materialsparend aus genau definierten Werkstoffen herstellen.
In den Bereich der Autobeschichtung fällt auch die Oberflächenbehandlung der Batteriegehäuse
Batterien bestehen aus zusammengeschalteten Zellen. Jede Zelle braucht eine Hülle, in der elektrolytische Stromerzeugung stattfindet. Die Gehäuse müssen elektrisch isolierend sein. Als Werkszoff eignet sich unter anderem Aluminium, das durch anodische Oxidation mit Aluminiumoxid überzogen wurde. Diese Beschichtung dient gleichzeitig dem Korrosionsschutz und der Isolierung.
Sicherheit für die Batterie
Die Batterie befindet sich in E-Autos in der Regel direkt auf dem Unterboden, der deshalb einen besonders guten Schutz vor Korrosion und mechanischem Verschleiß oder Steinschlag benötigt. Bei der Autobeschichtung sind deshalb Zink-Nickel-Überzüge von Bedeutung, die sich durch eine hohe Oberflächenhärte auszeichnen. Ein weiterer Vorteil dieser Beschichtung ist die sehr gute thermische Belastbarkeit.
Die sichere Befestigung der Batterie auf dem Unterboden erfolgt durch Verbindungselemente, die in den meisten Fällen ebenfalls durch Zink-Nickel sicher vor Korrosion geschützt werden.
Übergangswiderstände der Kontakte verringern
Die Elektromobilität beruht auf dem Stromfluss von der Batterie zum Motor. Darüber hinaus befinden sich in den batteriegetriebenen Autos sehr viele elektronische Bauteile, die Regelungs- und Überwachungsfunktionen übernehmen. Das hat eine große Anzahl von elektrischen Kontakten zur Folge. Um die Übergangswiderstände an diesen Stellen so gering wie möglich zu halten, erhalten die Oberflächen der Stromschienen, Kabel und Steckverbindungen galvanische Beschichtungen aus besonders leitfähigen Metallen wie Zinn, Palladium, Silber oder Gold.
Zuverlässige Stromversorgung des Motors
Bei der Energieversorgung des Motors treten zeitweilig sehr hohe Stromstärken auf, die mit einer großen Wärmeentwicklung einhergehen. Diese Belastung halten die herkömmlichen Beschichtungen nicht aus. Deshalb wurden Beschichtungsverfahren entwickelt, mit denen sich elektrische Kontakte durch hitzebeständige Legierungen aus Aluminium, Wolfram und Molybdän galvanisch veredeln lassen.
Korrosionsschutz und Farbe für Karosserie und Fahrwerk
Zur Autobeschichtung gehört selbstverständlich auch bei der Elektromobilität eine haltbare und ansprechende Lackierung. Für höchsten Korrosionsschutz sorgen Duplexverfahren, bei denen galvanisch aufgebrachte Schutzschichten durch Lacküberzüge weiter veredelt werden. Geeignete Verfahren sind die Kathodische Tauchlackierung und die Pulverlackierung.
Die Kathodische Tauchlackierung liefert gleichmäßige Schichtdicken von 15 bis 25 µm, bietet einen guten Korrosionsschutz, ist chemikalienbeständig und elektrisch isolierend. Für die Elektromobilität ist interessant, dass sich durch eine Laserbehandlung beschichtungsfreie, leitfähige Bereiche für Kontaktpunkte herstellen lassen. Außerdem ist das Verfahren sehr gut für die Beschichtung von Aluminium geeignet, das vorrangig für den Leichtbau von Karosserie- oder Fahrwerksteilen eingesetzt wird.
Für Oberflächen, die starken mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, bietet sich die Pulverbeschichtung an. Sie ist beständig gegen Stöße, Kratzer und Steinschläge sowie gegen die Einwirkung von Chemikalien und UV-Strahlung. Darüber hinaus hält sie hohen Temperaturen stand.
Zusammenfassung: Beitrag der Autobeschichtung zur Elektromobilität
Die Autobeschichtung leistet einen entscheidenden Beitrag beim Umstieg auf die Elektromobilität. Die unterschiedlichen Beschichtungsverfahren ermöglichen den Einsatz leichter Werkstoffe und sichern die Funktionsfähigkeit der elektronischen und elektrischen Komponenten. Die Leistungsfähigkeit der Batterien wird durch neue oberflächentechnische Verfahren ständig verbessert.
