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TOPSTORY » Batteriegehäuse Dr. Stefan Caba, Innovationsleiter bei Edag, zum Demo-Gehäuse: „Zum ersten Mal wird das Nasspressen von Prepregs mit dem Pressen von SMC verbunden.“ Serienfertigung für 48-Volt-Batterien. Valeo behauptet, der erste Automobilzulieferer gewesen zu sein, der Organoblech in die Serienproduktion einbrachte. Die Wanne hat eine hohe Festigkeit von 400 bis 500 MPa und spart 40 % Gewicht gegenüber einer Metalllösung ein. Weitere Vorteile sind eine hohe Wärmedämmung von 0,4 bis 0,6 W/m.K und ein Carbon-Fußabdruck von nur 1,4 bis 3,1 CO 2 eq/kg – etwa halb so viel wie bei Aluminium. Die Organoblech-Wanne war im September 2023 auf der Automotive Composites Conference & Exhibition einer der beiden Preisträger in der Kategorie „Innovativstes Material in Produktionsteilen“. Die ACCE wurde von der US-SPE organisiert, Society of Plastics Engineers. Duroplastische Gehäuse Auch die duroplastische Linie hat Lösungen zu bieten. Auf den Messen K 2022 und Fakuma 2023 präsentierte BASF ein Batteriegehäusekonzept mit Polyurethan (PU) im Verbundwerkstoff-Deckel und darunter mit einem aufgesprühten PU-Flammschutz. PU war auch in den pultrudierten Querstreben enthalten. Wettbewerber Covestro schlägt für Batteriegehäuse ein Pultrusionsverfahren mit PU vor: für Bodenplatten, Streben und Rahmen. SGL Carbon gewann 2023 einen AVK-Inno - vationspreis für Batteriegehäuse-Komponenten aus Verbundwerkstoff mit einem neuartigen Bild: Edag Novolac-Phenolharz. Besonderes Augenmerk wurde darauf gelegt, Batteriebrände durch TRP (Thermal Runaway Propagation) zu vermeiden. Der höhere Brandschutz durch Phenolharz ermöglicht es laut SGL, auf Glimmerplatten zu verzichten. Zwischen thermoplastischen und duroplastischen Lösungen ist ein gewisser Wettbewerb entstanden. Erstere gelten als teurer. Andererseits sind geeignete Verbundwerkstoffe mit Epoxidharzen (EP) relativ schwer zu verarbeiten. Das liegt daran, dass sie viel Aluminiumhydrat (AlOH3) als Füllstoff und Flammschutzmittel enthalten sowie einen hohen Anteil an Additiven benötigen in ihren Rezepturen. Das neue Novolac-Phenolharz bringt hier Vorteile mit sich: Bei der Vernetzungsreaktion gibt es kein Wasser ab und vermeidet so unerwünschte Poren - bildung. Und es bietet kürzere Verarbeitungszeiten als die bisher verwendeten Harzsysteme mit Phenol- Formaldehyd (PF). Im Vergleich zu EP-Harzen lassen sich die Wandstärken und damit das Gewicht um 25 % reduzieren. Solvay hat in seinem Anwendungszentrum in Heanor, Großbritannien, ein Batteriegehäuse aus Voll-Verbundwerkstoffen entwickelt: Das schnell härtende Epoxidharz Solvalite 716FR wird für Deckel, Wanne, die Seiten- und Querträger und auch das Gehäuse verwendet. Vorausgegangen sind strukturelle Belastungstests und TRP-Simulationen. Die resultierende Konstruktion für eine 94-kWh- Batterie erzielt ein um 40 % geringeres Teilegewicht als eine entsprechende Metallkonstruktion (85 kg statt 141 kg). Das Gewicht einschließlich Batterie sinkt um 15 %. Dies bedeutet eine Steigerung der Energiedichte um 30 % (184 kWh/kg gegenüber 161 kWh/kg). Hybrider Leichtbau Kautex Textron war mit dem IKV Aachen auch am Projekt „Hybrid SMC“ für ein hybrides Batteriegehäuse beteiligt. Es wurde 2021 abgeschlossen. Die Idee: „Relativ preiswerte“ Sheet Moulding Compounds (SMC) mit CF-Tapes lokal zu verstärken. Die SMC basieren auf ungesättigtem Polyesterharz (UP) mit 40%-iger Glasfaser-Verstärkung. Die versteifenden Tapes bestehen aus CF-verstärktem UP. Beide Komponenten werden zu einem hybriden Batteriegehäuse verpresst. Der Leistungssprung ist deutlich: Die vorgehärteten UP-Tapes machen nur 3 % des Bauteilgewichts aus, führen aber zu 20 % weniger Verformung in der Z-Achse. An einem Demonstrator wurden Tests durchgeführt: Das hybride Bauteil bestand aus einer SMC-Komponente mit sinusförmiger Rippen-Crash struktur, die eine lokale CF-Tape-Verstärkung erhielt (4 %). Diese 30 Industrieanzeiger » 04 | 2024
Struktur zeigte statt sprödem ein duktiles Bruchverhalten. Sie widerstand einer um 57 % höheren Kraft und nimmt dreimal so viel Energie auf (317 %) wie ein SMC ohne Tape-Verstärkung. Im folgenden Hybridprojekt kommen Metall und Duroplaste zusammen: Forward Engineering und Lorenz Kunststofftechnik entwickelten mit Evonik (Vestaro) ein Batteriekonzept, in dem Aluminium sowohl für die Gehäuse-Bodenplatte (mit integriertem Querträger) verwendet wird als auch für die Trägerplatte des Batterie-Managementsystems. Zwei Aluminium-Deformationselemente nehmen Seitenaufpralle auf. Der Deckel hingegen besteht aus SMC, basierend auf glasfaserverstärktem EP-Harz. Die erzielten Festigkeitswerte sind ähnlich hoch wie bei CF-SMC, doch die Teile lassen sich um 50 % günstiger herstellen. Es gibt auch einen Gewichtsvorteil: Gegenüber anderen „gebräuchlichen“ Materialkombinationen wiegt dieses hybride Batteriegehäuse 10 % weniger. Abschließend eine hybride Lösung, die nochmals einen Hauch Exotik verbreitet. Sie schließt biologische und rezyklierte Materialien ein: Das Ingenieurbüro Edag entwickelte zusammen mit Mitsubishi Chemical ein Hybrid- Batteriegehäuse mit Sandwich boden und weiteren duro- und thermoplastischen Elementen. Die Decklagen des Sandwichbodens sind aus Glasund CF-Prepregs, der Kern ist aus Kork. In den Anbindungsbereichen zum Fahrzeug kommt vorne und hinten ein „Forged Molding Compound“ zum Einsatz. Dabei handelt es sich um ein EP-SMC aus geschnittenen rCF (rezyklierte Carbonfasern), gefertigt vom Mitsubishi-Startup Wenn zwischen Ihnen und uns mehr entsteht: Das ist der MAPAL Effekt. Carbo NXT. Den „Zusammenbau“ hat Wethje Carbon Composites übernommen: Das CF-Prepreg-Sandwich und das rCF-SMC werden in einem Werkzeug gemeinsam zum integralen Bauteil ausgehärtet. Als Brandschutz wird Maftec über die Batterie - zellen gelegt, ein Textil aus polykristallinen Aluminiumoxid-Fasern. Ein Deckel aus glasmattenverstärktem Thermoplast (GMT) schließt das Gehäuse ab. Verglichen mit einem Aluminiumgehäuse spart diese hybride Bauweise 40 % an Gewicht ein – bis zu 70 % im Vergleich zu Stahl. Leichtbau ist möglich. IHRE FERTIGUNG AUF DER UBERHOLSPUR MAPAL – Ihr Technologiepartner in der Automotive-Industrie www.mapal.com Industrieanzeiger » 04 | 2024 31
