Kundenreferenz: Formula Student Team TU Berlin (FaSTTUBe).
Plasmavorbehandlung für das Verkleben von PEEK-Zellhaltern.
Das Formula Student Team der Technischen Universität Berlin (FaSTTUBe) entwickelt seit 2005 Prototypen für elektrische Rennfahrzeuge. Dabei setzen die Studierenden auf PEEK, einen Hochleistungswerkstoff mit idealen Eigenschaften für den Rennfahrzeugbau – dessen Verklebung jedoch eine besondere Herausforderung darstellt. Um dennoch sichere Verbindungen zu gewährleisten, griff das Team auf die Plasmavorbehandlung zurück.
Eine der zentralen Komponenten ist das Hochspannungsbatteriemodul, das höchste Anforderungen bezüglich großer Sicherheit, exzellenter Zuverlässigkeit und geringem Gewicht erfüllt. Für die Aufnahme zylindrischer Lithium-Ionen-Zellen konstruierte das Team einen CNC-gefrästen Zellhalter aus PEEK (Polyetheretherketon). Das Hochleistungs-Polymer bietet ausgezeichnete mechanische Stabilität, elektrische Isolierung und Brandschutz nach UL94 V-0. Gleichzeitig ist es jedoch aufgrund seiner geringen Oberflächenenergie schwierig, zuverlässig zu verkleben.
Die geklebten Baugruppen müssen unter Rennbedingungen, Vibrationen und Stoßbelastungen bis 40 g standhalten und bei Betriebstemperaturen bis 60 °C zuverlässig funktionieren. Damit war die zentrale Frage: Wie lässt sich eine dauerhaft robuste und sichere Klebverbindung von PEEK realisieren?
Lösung: Plasmavorbehandlung mit dem PiezoBrush PZ3
Um die Klebefestigkeit signifikant zu erhöhen, setzt das FaSTTUBe-Team auf die Plasmavorbehandlung mit dem PiezoBrush PZ3 Handgerät von relyon plasma.
Vor dem Kleben werden die PEEK-Oberflächen zunächst mechanisch aufgeraut und mit Lösungsmittel gereinigt. Direkt im Anschluss erfolgt die manuelle Plasmaaktivierung aller Klebeflächen. Dieser Schritt verändert die Oberflächeneigenschaften des PEEK entscheidend: Die Oberflächenenergie steigt, wodurch der Zweikomponenten-Epoxidklebstoff optimal benetzt und eine dauerhafte chemische Bindung ermöglicht wird.
Der Klebstoff wird innerhalb von 30 Minuten nach der Behandlung aufgetragen und ausgehärtet. In Zugscherungsversuchen nach ISO 4587 erzielten die so vorbehandelten Proben eine durchschnittliche Scherfestigkeit von 8,5 MPa.
Ergebnis: Zuverlässigkeit in der Rennpraxis mit sicheren Klebeverbindungen durch Plasmavorbehandlung
Nach der Aushärtung durchlaufen die Batteriemodule Maßprüfungen, Hochspannungs-isolationsmessungen sowie funktionale Vibrationstests unter beschleunigten Bedingungen. Bis heute zeigen die plasmabehandelten Klebeverbindungen im Rennbetrieb eine konstant hohe Leistung – ohne Delaminierung oder Aufbrechen der Klebschichten.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Nachhaltigkeit: Für die Zellhalter wird recyceltes PEEK eingesetzt, was in Kombination mit der präzisen CNC-Fertigung und der Plasmavorbehandlung zu einem ressourcenschonenden und dennoch hochleistungsfähigen Gesamtkonzept führt.
Interview mit Sebastian Freund – Formula Student Team der TU Berlin
Im Gespräch mit Sebastian Freund vom Formula Student Team der TU Berlin (FaSTTUBe) erläutert Herr Freund die besonderen Herausforderungen beim Verkleben von PEEK-Bauteilen und wie die Plasmatechnologie von relyon plasma entscheidend zur Lösung beigetragen hat.
1. Könnten Sie sich und Ihr Team bitte kurz vorstellen?
FaSTTUBe ist das Formula Student Team der TU Berlin, in dem rund 100 Studierende aus Ingenieur-, Wirtschafts- und Designfachrichtungen jedes Jahr einen elektrischen Rennwagen entwickeln und bauen. Dabei übernehmen sie sämtliche Schritte – von CAD-Konstruktion und Simulation über Eigenfertigung von Chassis, Antrieb und Elektronik bis hin zu Fahrtests. Im Sommer nimmt das Team an Formula Student Wettbewerben in Europa teil und sammelt dabei wertvolle praktische Erfahrung, die weit über das Hörsaalwissen hinausgeht.
2. Bei welchem Ihrer Bauteile setzen Sie die Plasmavorbehandlung ein? Können Sie Material und Anwendungszweck beschreiben?
Für die Zellhalter unserer Akkumodule verwenden wir PEEK. Um die Lithium-Ionen-Zellen im Rennwagen sicher zu fixieren, werden diese auf beiden Seiten mit den PEEK-Zellhaltern verklebt. So entsteht ein stabiles Akkumodul, das im Ernstfall auch den Kräften eines Aufpralls standhalten muss.
3. An welcher Stelle Ihres Fertigungsprozesses kommt die Plasmabehandlung zum Einsatz? Welche Schritte sind davor und danach erforderlich?
Die Plasmavorbehandlung erfolgt unmittelbar vor dem Fügen mit einem 2K-Epoxidklebstoff (SikaPower 752 L120 FR). Zuvor wird das Material mechanisch angeraut (Körnung 240–320) und mit dem vom Klebstoffhersteller empfohlenen Reiniger (SIKA Reiniger 208) sorgfältig gereinigt. Direkt nach der Plasmaaktivierung wird der Klebstoff aufgetragen und die Verklebung durchgeführt.
4. Warum haben Sie sich für das PiezoBrush PZ3 System von relyon plasma entschieden?
Die einfache Handhabung und die flexible Anwendung ohne aufwendige Anlagen machen das System sehr attraktiv für unseren Prototypenbau. Es erfordert keine lange Einarbeitung und ist zudem gesundheitlich deutlich unbedenklicher als manche chemischen Verfahren zur Klebevorbehandlung. Auch die kompakte Bauweise erweist sich in unserer Werkstatt als großer Vorteil.
5. Welche Vorteile sehen Sie im Vergleich zu alternativen Verfahren oder Konkurrenzprodukten?
Andere Konkurrenzprodukte haben wir nicht getestet. Entscheidend war für uns, dass die Plasmabehandlung eine deutliche Verbesserung der Klebequalität ermöglicht – und das bei gleichzeitig einfacher, sicherer Handhabung.
6. Welche Herausforderungen im Fertigungsprozess konnten Sie mit der Plasmabehandlung lösen?
PEEK ist ein Hochleistungskunststoff, der sich durch hohe Festigkeit, geringes Gewicht, elektrische Isolierung und Temperaturbeständigkeit auszeichnet. Allerdings lässt er sich aufgrund seiner geringen Oberflächenenergie nur schwer zuverlässig kleben. Durch die Plasmavorbehandlung konnten wir die Klebeeigenschaften entscheidend verbessern: In Zugscherversuchen trat ausschließlich Materialversagen im PEEK selbst auf, nicht jedoch Adhäsionsversagen an der Klebefläche.
7. Wo sehen Sie weiteres Potenzial für den Einsatz von Plasma in Ihrer Branche?
Besonders bei hochbelasteten oder sicherheitsrelevanten Klebungen sehen wir großes Potenzial, die Eigenschaften durch Plasmavorbehandlung weiter zu optimieren und die Zuverlässigkeit von Verbindungen langfristig zu erhöhen.
Wir bedanken uns für das Gespräch mit Sebastian Freund.
Über FaSTTUBe
Das Formula Student Team der TU Berlin vereint Studierende unterschiedlichster Fachrichtungen in der Entwicklung innovativer Rennfahrzeuge. Mit Kreativität, ingenieurtechnischem Know-how und konsequenten Testprozessen konnte FaSTTUBe über fast zwei Jahrzehnte hinweg leistungsstarke Elektro-Rennwagen realisieren. Das aktuelle Fahrzeug mit vollelektrischem Antriebsstrang unterstreicht den Anspruch des Teams an Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit.
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Fazit
Die Erfahrung des FaSTTUBe-Teams zeigt eindrucksvoll, wie sich selbst anspruchsvolle Werkstoffe wie PEEK durch Plasmavorbehandlung zuverlässig und dauerhaft verkleben lassen. Das Ergebnis sind hochsichere Batteriemodule, die auch unter extremen Rennbedingungen ihre Leistungsfähigkeit beweisen – und zugleich durch den Einsatz von recyceltem PEEK ein nachhaltiges Gesamtkonzept unterstützen. Damit wird deutlich: Plasmaaktivierung schafft nicht nur Verbindungen, sondern auch Lösungen für die Zukunft des Leichtbaus und der Elektromobilität.
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