Polyetheretherketon (PEEK) ist ein spezieller technischer Kunststoff, der 1978 von der ehemaligen britischen Firma ICI entwickelt wurde. Die Produktion im industriellen Maßstab gelang Anfang der 1980er Jahre der britischen Firma Victrex.
In der Geschichte der industriellen Entwicklung von PEEK investierte Sumitomo Chemical aus Japan erhebliche Forschungsgelder in die Entwicklung von PEEK-Folien, die für Stanzprozesse geeignet sind. Dabei handelte es sich um zwei Qualitäten, Sumitomo FS1100 und FS1101, die in den letzten drei Jahrzehnten breite Anwendung in Industriesektoren und in der Luft- und Raumfahrtindustrie fanden.
PEEK (Polyetheretherketon) ist ein leistungsstarker technischer Polymerkunststoff, dessen Einsatz in elektrischen Antriebssystemen Elektrofahrzeugen und High-End-Industrieantrieben zu mehr Effizienz und Zuverlässigkeit verhilft. Wir untersuchen die spezifischen Anwendungen von PEEK in elektrischen Antriebssystemen, die Vorteile, die es bietet, und die aktuellen Herausforderungen.
PEEK (Polyetheretherketon) spielt aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften eine entscheidende Rolle in mehreren kritischen Komponenten elektrischer Antriebssysteme:
1. Anwendungsbereich: Statorisolationssystem
Spezifische Komponente: Nutauskleidung, Nutkeile
Hauptwert: Verdünnt Isolationsschichten, erhöht die Schlitzfüllrate, verbessert die Wärmeableitung und unterstützt den Hochspannungsbetrieb
2.Anwendungsbereich:Elektrische Drahtisolierung (Emaille-Draht)
Hauptwert: Außergewöhnliche elektrische Isolierung, Koronabeständigkeit, Hochtemperaturtoleranz, gewährleistet Hochspannungssicherheit
3. Anwendungsbereich: Rotor- und Getriebekomponenten
Spezifische Komponente: Lagerhalter
Hauptwert: Verschleißfestigkeit, Selbstschmierung, Eignung für Hochgeschwindigkeitsbetrieb, längere Lebensdauer
4. Anwendungsbereich: Leichte Rotorkomponenten
Hauptwert: Hohe Festigkeit und Steifigkeit, Gewichtsreduzierung, verbesserte Leistungsdichte
5. Anwendungsbereich: Hochspannungsverbindungs- und Unterstützungssysteme
Spezifische Komponente: Sammelschienen, Steckverbinder
Hauptwert: Hervorragende Isolierung und mechanische Festigkeit sorgen für zuverlässige Hochspannungsstromkreisverbindungen
6. Anwendungsbereich: Sensormontagen/-gehäuse
Hauptwert: Isolierung, Korrosionsbeständigkeit, Schutz von Präzisionssensoren
Der Einsatz von PEEK in elektrischen Antriebssystemen spiegelt sich vor allem in folgenden Kernkomponenten wider:
1. Statorisolationssysteme: Dies stellt eine der überzeugendsten Anwendungen für PEEK dar und umfasst hauptsächlich Nutauskleidungen, Nutkeile und Isolationsschichten für elektromagnetische Drähte (lackierte Drähte). Beispielsweise ermöglicht die Kombination von Ajedium™ PEEK-Schlitzauskleidungen mit einschichtig extrudiertem KetaSpire® PEEK-Lackdraht deutlich dünnere Profile. Dadurch wird die Nutfüllrate in den Statoren von Antriebsmotoren effektiv erhöht (möglicherweise 75 % oder mehr), wodurch mehr Kupferdraht untergebracht werden kann. Dadurch werden die Leistung und das Drehmoment des Motors erhöht und gleichzeitig die Wärmemanagementleistung verbessert. Dies ist besonders wichtig für Hochspannungsplattformen, die mit 800 V und mehr betrieben werden.
2. Rotoren und Getriebekomponenten: PEEK und seine Verbundwerkstoffe (z. B. kohlenstofffaserverstärktes PEEK) werden aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit, Steifigkeit und außergewöhnlichen Verschleißfestigkeit bei der Herstellung bestimmter Strukturkomponenten von Rotoren, Lagerhaltern und Getriebeteilen verwendet. Diese Komponenten werden typischerweise unter Hochgeschwindigkeits- und Hochlastbedingungen betrieben, wobei PEEK den Verschleiß wirksam reduziert und die Lebensdauer des Motors verlängert. Seine Leichtbaueigenschaften tragen zudem zur Gewichtsreduzierung bei und erhöhen so die Leistungsdichte.
3. Hochspannungsverbindungs- und -unterstützungssysteme: Über die Stator- und Rotorkernkomponenten hinaus werden PEEK-Materialien (wie Amodel® PPA und Ryton® PPS) häufig in Sammelschienen, Steckverbindern und anderen Teilen in elektrischen Antriebssystemen eingesetzt, um die Isolations- und Zuverlässigkeitsanforderungen von Hochspannungssystemen zu erfüllen.
Warum wird PEEK bevorzugt?
PEEK findet in elektrischen Antriebssystemen vor allem aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaftskombination Anwendung:
1. Außergewöhnliche Hochtemperaturbeständigkeit: PEEK behält stabile physikalische und chemische Eigenschaften bei, wenn es über längere Zeiträume Temperaturen von bis zu 250 °C ausgesetzt wird, und übertrifft damit viele herkömmliche technische Kunststoffe deutlich. Dies gewährleistet einen zuverlässigen Motorbetrieb in Umgebungen mit hohen Temperaturen.
2. Hervorragende elektrische Isolierung: PEEK bietet hervorragende elektrische Isoliereigenschaften mit einer Spannungsfestigkeit von über 2300 V. Dies ist entscheidend, um Stromlecks und elektrische Kurzschlüsse in Hochspannungsplattformen zu verhindern, die bei 800 V und mehr betrieben werden.
3. Hervorragende mechanische Eigenschaften: PEEK weist eine außergewöhnlich hohe mechanische Festigkeit und Verschleißfestigkeit auf und hält hochfrequenter Reibung und Druck während des Motorbetriebs stand.
4. Hervorragende chemische Stabilität: Es weist eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber den meisten Chemikalien auf und ermöglicht einen langfristig stabilen Betrieb in feuchten oder korrosiven Umgebungen.
5. Flammhemmende und selbstverlöschende Eigenschaften: PEEK-Material verfügt über eine inhärente Flammhemmung und erlischt bei Zündung selbst, was die Sicherheit elektrischer Antriebssysteme erhöht.
Anwendungsherausforderungen und Überlegungen
Trotz seiner herausragenden Eigenschaften steht die flächendeckende Einführung von PEEK vor mehreren Herausforderungen:
1. Höhere Kosten: Die Produktionskosten von PEEK übersteigen die von herkömmlichen Metallen und gängigen Kunststoffen erheblich und stellen einen der Hauptfaktoren dar, die derzeit seine breitere Anwendung einschränken.
2. Größere Verarbeitungsschwierigkeiten: PEEK weist eine relativ schlechte Bearbeitbarkeit auf, da seine hohe Festigkeit und sein hoher Schmelzpunkt fortschrittliche Ausrüstung und Techniken für Schneid-, Form- und Schweißprozesse erfordern.
3.Langfristige Haltbarkeit und Alterungsbedenken: Längerer Betrieb in extremen Umgebungen (z. B. anhaltende Einwirkung von hohen Temperaturen, Feuchtigkeit oder Sauerstoffgehalt) kann zu einer allmählichen Verschlechterung der Materialeigenschaften von PEEK führen, was eine Optimierung durch Mittel wie Materialmodifikation erforderlich macht.
Anwendungsbeispiele
· Mavel hat sich für die Ajedium™ PEEK-Schlitzauskleidungen und Keile von Syensqo sowie die KetaSpire® PEEK-Drahtisolierung für seine Hochspannungsmotoren entschieden, die für einen renommierten Premium-Sportwagenhersteller entwickelt wurden.
· Jiateng Electric hat in Zusammenarbeit mit Victrex erfolgreich die Massenproduktion von PEEK-isolierten Flachdrähten erreicht. Seine Produkte haben Projektgenehmigungen von mehreren Automobilherstellern erhalten, darunter Lotus, BMW, Audi, Mercedes-Benz und NIO.
Zukunftsausblick
Angesichts des anhaltenden Wachstums der Nachfrage nach leistungsstarken Elektroantriebssystemen in Sektoren wie New-Energy-Fahrzeugen und Robotik steht eine weitere Ausweitung der Anwendung von PEEK-Materialien bevor. Technologische Fortschritte und eine Massenproduktion können die Kosten von PEEK schrittweise senken. Gleichzeitig schreitet die Forschung zu Verbundwerkstoffen – wie kohlenstofffaserverstärktem PEEK – und deren kombinierter Anwendung mit anderen Hochleistungsmaterialien weiter voran, mit dem Ziel, ein besseres Gleichgewicht zwischen Leistung und Kosten zu erreichen.
