Eine Werkzeugmaschine läuft im Dreischichtbetrieb, Kühlschmierstoff nebelt durch die Halle, an der Spindel vibriert es. Mittendrin sitzt ein Näherungssensor, dessen Leiterplatte kaum größer ist als ein Daumennagel. Fällt er aus, steht die Anlage. Genau an dieser Stelle setzt der Verguss an: Die Elektronik wird vollständig in ein Harz eingebettet. Nach dem Aushärten hält das Harz Feuchtigkeit, Schmutz, Vibration und elektrische Spannung fern. Welche Vergussmasse dafür passt, entscheidet sich an wenigen Kennwerten. Dieser Beitrag ordnet sie ein und zeigt, wo Epoxidharz gegenüber Polyurethan und Silikon die Nase vorn hat.
Das Wichtigste auf einen Blick
- Epoxid-Vergussmassen isolieren mit Durchschlagfestigkeiten von mehr als 20 kV/mm und halten Einsatztemperaturen bis etwa 150 °C aus, weshalb sie in Motorsteuerungen, Umrichtern und Hochvoltmodulen eingesetzt werden.
- Fünf Kennwerte entscheiden über die Materialwahl: Viskosität und Glasübergangstemperatur, Wärmeleitfähigkeit und Shore-Härte sowie das Brandverhalten nach UL 94.
- Die häufigsten Fehler beim Vergießen sind Lufteinschlüsse, ein falsches Mischungsverhältnis und thermische Spannungen zwischen Harz und Bauteil, die sich mit Vakuumverguss und einer passenden Tg vermeiden lassen.
Was leistet eine Vergussmasse überhaupt?
Beim Vergießen wird eine Baugruppe in ihrem Gehäuse oder in einer Form mit flüssigem Harz übergossen. Das Material fließt in jeden Spalt, umschließt Bauteile und Lötstellen und härtet anschließend zu einem festen Block aus. Ein Schutzlack (Conformal Coating) ist nur wenige Mikrometer dünn. Beim Verguss entsteht dagegen eine massive Schicht, die mechanisch trägt.
Diese Schicht übernimmt gleich mehrere Aufgaben:
- Sie hält Feuchtigkeit, Öle und Kühlschmierstoffe von Leiterbahnen fern und ermöglicht Schutzarten bis IP67 oder IP69K.
- Sie dämpft Vibrationen und Stöße, die Lötstellen sonst über Jahre ermüden lassen.
- Sie isoliert elektrisch und verhindert Kriechströme zwischen eng gepackten Kontakten.
- Sie leitet, je nach Füllstoff, Verlustwärme vom Bauteil ins Gehäuse ab.
- Sie schützt das Schaltungsdesign vor neugierigen Blicken, denn ein vergossenes Modul lässt sich kaum zerstörungsfrei öffnen.
Epoxidharz ist dabei ein Zweikomponentensystem (2K-System) aus Harz und Härter. Beide Komponenten reagieren nach dem Mischen chemisch miteinander und bilden ein Duroplast, also einen Kunststoff, der sich nach dem Aushärten nicht mehr aufschmelzen lässt. Genau das macht Epoxid so temperaturstabil und chemikalienbeständig.
Hersteller wie EPOXONIC formulieren ihre Epoxid Vergussmasse gezielt für einzelne Anwendungsfälle: ein hart aushärtendes, wärmeleitfähiges System für Leistungselektronik, ein elastisches und schwer entflammbares für Sensorik in vibrierenden Umgebungen oder ein schlagzähes mit geringer Ausdehnung für Steckverbinder im Fahrzeug. Die Nachfrage nach solchen Materialien hängt direkt an der Konjunktur der Elektronikbranche. Laut ZVEI-Konjunkturbarometer hat die deutsche Elektro- und Digitalindustrie 2025 rund sechs Prozent mehr Aufträge verbucht als im Vorjahr, für 2026 erwartet der Verband wieder ein reales Produktionsplus von zwei Prozent.
Welche Kennwerte entscheiden bei Epoxid-Vergussmassen?
Wer ein Datenblatt aufschlägt, sieht zunächst eine Tabelle voller Zahlen. Fünf davon reichen für eine belastbare Vorauswahl.
| Kennwert | Was er beschreibt | Worauf es in der Praxis ankommt |
|---|---|---|
| Viskosität (mPa·s) | Fließfähigkeit des gemischten Harzes bei 25 °C | Je feiner die Geometrie, desto niedriger sollte der Wert liegen; 3.500 bis 5.000 mPa·s füllen enge Spalte, 50.000 mPa·s eignen sich für offene Formen |
| Glasübergangstemperatur Tg (°C) | Temperatur, ab der das Harz von hart nach gummiartig wechselt | Die Tg sollte über oder deutlich unter der Betriebstemperatur liegen, nie mitten im Arbeitsbereich |
| Wärmeleitfähigkeit (W/mK) | Fähigkeit, Verlustwärme abzuführen | Ungefüllte Harze liegen bei etwa 0,2 W/mK, gefüllte Systeme erreichen 1 bis 1,3 W/mK und mehr |
| Shore-Härte | Oberflächenhärte nach dem Aushärten | Shore D 85 bis 90 für maximale Steifigkeit, Shore A 90 für flexible Systeme, die Bauteile nicht unter Druck setzen |
| Brandverhalten UL 94 | Selbstverlöschen nach Flammeinwirkung | V-0 ist die höchste Klasse und in Leistungselektronik meist Pflicht |
Hinzu kommt die Durchschlagfestigkeit in kV/mm. Sie gibt an, welche Spannung eine ein Millimeter dicke Schicht aushält, bevor sie leitend wird. Werte über 16 kV/mm gelten als solide, über 25 kV/mm als sehr gut.
Epoxid, Polyurethan oder Silikon: Welches Harz passt zu welcher Anwendung?
Die drei großen Materialfamilien unterscheiden sich weniger in der Qualität als im Charakter. Epoxid härtet hart und maßhaltig aus, klebt hervorragend auf Metall und Kunststoff und trotzt Ölen, Lösemitteln und Feuchtigkeit. Dafür bringt es weniger Elastizität mit, was bei starken Temperaturwechseln zu Spannungen führen kann.
Polyurethan (PU) bleibt nach dem Aushärten weicher und puffert thermische Bewegungen besser ab. Seine Temperaturgrenze liegt jedoch meist bei 120 bis 130 °C, und viele PU-Systeme reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit während der Verarbeitung.
Silikon deckt den breitesten Temperaturbereich ab, oft von minus 60 bis plus 200 °C, und bleibt dauerhaft elastisch. Es ist allerdings teurer, haftet schlechter und lässt sich nach dem Verguss kaum lackieren oder verkleben.
Kurz gesagt: Für Steuerungen, Umrichter und Sensoren im Maschinenbau ist Epoxid meist die erste Wahl. Für Baugruppen mit sehr empfindlichen Bauteilen oder extremen Temperaturzyklen lohnt sich der Blick auf flexible Epoxidformulierungen oder Silikon.
Wie läuft der Verguss in der Serie ab?
Ein sauberer Prozess entscheidet über die Lebensdauer des Moduls mindestens so stark wie das Material selbst. In der Fertigung hat sich diese Reihenfolge bewährt:
- Vorbehandlung: Baugruppe reinigen, entfetten und gegebenenfalls vorwärmen, damit das Harz benetzt und keine Feuchtigkeit eingeschlossen wird.
- Dosieren und Mischen: Harz und Härter im vorgeschriebenen Verhältnis zusammenführen, in der Serie meist über eine Dosieranlage mit Statikmischer.
- Vergießen: Das Material langsam und von einem Punkt aus einfüllen, damit die Luft nach oben entweichen kann. Bei komplexen Geometrien erfolgt der Verguss unter Vakuum.
- Aushärten: Je nach System bei Raumtemperatur über mehrere Stunden oder beschleunigt im Ofen bei 60 bis 80 °C.
- Prüfen: Sichtkontrolle auf Blasen und Risse, Isolationsprüfung und bei Bedarf ein Temperaturwechseltest.
Zwei Begriffe aus dem Datenblatt spielen dabei eine Rolle. Die Topfzeit gibt an, wie lange das gemischte Harz verarbeitbar bleibt, bevor es zu reagieren beginnt. Die Exothermie beschreibt die Wärme, die bei der Reaktion entsteht. Bei großen Vergussvolumina kann diese Wärme das Bauteil schädigen oder Risse im Harz verursachen, weshalb dann in mehreren Lagen vergossen wird.
Welche Fehler treten beim Vergießen am häufigsten auf?
Erfahrene Fertigungsleiter kennen die Klassiker. Warum sie trotzdem immer wieder passieren? Meist weil der Zeitdruck in der Serie größer ist als die Sorgfalt beim Anfahren.
- Lufteinschlüsse: Blasen unter Bauteilen bilden Hohlräume, in denen sich Feuchtigkeit sammelt und Teilentladungen entstehen. Abhilfe schaffen Vakuumverguss und niedrigviskose Systeme.
- Falsches Mischungsverhältnis: Schon wenige Prozent zu viel Härter senken die Tg und machen das Harz spröde. Eine kalibrierte Dosieranlage ist hier günstiger als jede Reklamation.
- Thermische Fehlanpassung: Harz und Bauteil dehnen sich bei Erwärmung unterschiedlich aus. Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) des Vergusses sollte möglichst nah am Wert der eingebetteten Komponenten liegen, sonst reißen Lötstellen.
- Zu große Volumina in einem Schuss: Die Reaktionswärme staut sich, das Harz vergilbt oder reißt.
- Fehlende Haftung: Trennmittelreste oder Feuchtigkeit auf dem Gehäuse führen dazu, dass sich der Vergussblock löst und Kapillarspalte entstehen.
Ein guter Tipp aus der Praxis: Lass dir vom Materialhersteller ein Muster deiner realen Baugruppe vergießen, bevor du eine Serie freigibst. Ein Temperaturwechseltest über 100 Zyklen zeigt innerhalb weniger Tage, ob das System hält.
Wo lohnt sich Verguss im Maschinenbau besonders?
Überall dort, wo Elektronik in rauer Umgebung arbeitet und ein Ausfall teuer wird. Typische Einsatzfelder sind Positions- und Drucksensoren an Spindeln, Steuerplatinen in Hydraulikaggregaten, Umrichter in Antriebseinheiten sowie Steckverbinder an mobilen Maschinen. Mit der Elektrifizierung von Fahrzeugen und Ladeinfrastruktur kommen Hochvoltmodule, Batteriemanagementsysteme und Ladecontroller hinzu, bei denen die elektrische Isolation über die Sicherheit entscheidet.
Auch in der Sensorik für Industrie 4.0 spielt Verguss eine Rolle. Kleine IoT-Module (Internet of Things) sitzen direkt an Motoren oder Lagern und melden Vibrationen und Temperaturen. Ohne Verguss würden sie dort keine drei Monate überstehen.
Die Investition in einen sauberen Vergussprozess zahlt sich schnell aus. Ein Sensor für 40 Euro, der eine Anlage im Wert von 400.000 Euro stillstehen lässt, ist ein schlechter Tausch. Ein sauber vergossener Sensor hingegen läuft oft länger als die Maschine selbst.
Wie lange hält eine Epoxid-Vergussmasse im Dauerbetrieb?
Bei Einsatz innerhalb der spezifizierten Temperaturgrenzen und ohne mechanische Überlastung sind Standzeiten von 15 bis 20 Jahren üblich. Entscheidend ist, dass die Betriebstemperatur nicht dauerhaft in der Nähe der Glasübergangstemperatur liegt.
Lässt sich ein vergossenes Modul reparieren?
In der Regel nicht. Epoxid ist ein Duroplast und lässt sich nach dem Aushärten nicht mehr aufschmelzen. Für Baugruppen, die serviceable bleiben sollen, kommen weiche Silikongele oder ein dünner Schutzlack infrage.
Warum sollte die Tg über der Betriebstemperatur liegen?
Oberhalb der Glasübergangstemperatur verliert das Harz einen Großteil seiner Steifigkeit und Isolationswirkung, und der Wärmeausdehnungskoeffizient steigt sprunghaft an. Liegt der Arbeitsbereich mitten in diesem Übergang, entstehen bei jedem Temperaturzyklus Spannungen auf den Lötstellen.
Wie unterscheiden sich Vergießen und Umspritzen?
Beim Umspritzen wird eine Baugruppe in ein Spritzgießwerkzeug gelegt und mit thermoplastischem Kunststoff umschlossen. Das Verfahren ist bei hohen Stückzahlen günstiger, setzt die Elektronik aber hohen Drücken und Temperaturen aus. Vergießen arbeitet drucklos und schont empfindliche Bauteile.
Welche Rolle spielt die Wärmeleitfähigkeit bei Leistungselektronik?
Leistungshalbleiter erzeugen im Betrieb Verlustwärme, die abgeführt werden muss. Ein wärmeleitfähig gefülltes Epoxid mit 1 bis 1,3 W/mK leitet diese Wärme ins Gehäuse und senkt die Sperrschichttemperatur der Bauteile, was deren Lebensdauer deutlich verlängert.