TOPSTORY » Hybrider
TOPSTORY » Hybrider Leichtbau Bilder: Fraunhofer LBF Das vom Fraunhofer LBF konzipierte Faserverbund-Batteriegehäuse ist um 40 % leichter als Aluminium und sehr kosteneffizient herstellbar. Es dauert nur 2 min: Preforms aus verwobenen UD-Tapes werden in das dafür entwickelte Spritzgusswerkzeug eingelegt und der Schaumkern injiziert – das Gehäuse ist fertig, ohne Nacharbeit. Bild: OHLF Die Open Hybrid Lab- Factory und das Fraunhofer IWU arbeiteten zusammen für ein hybrides Batterie - gehäuse mit Aluminium-Schaumkern. Der Clou ist seine gute Wärme-Ableitung, ein Phase-Change-Material in den Poren des Schaums könnte zusätzlich Wärmespitzen abfangen. projekts nach Übernahme durch Materialhersteller Teijin. Der Deckel und die Wanne bestehen aus einem Wabenkern. Der Kern ist verkleidet mit einer Haut aus Natur-, Glas- oder Carbonfasern, die mit PUR- Harz getränkt werden. Aluminium- und Stahlelemente sorgen für zusätzliche Verstärkung. Laut CSP spart das Gehäuse 15 % gegenüber einer Vollstahl- Version ein, ist aber genauso schwer wie ein Vollaluminiumgehäuse. Sein Plus: Hinsichtlich Hitzebeständigkeit und Fertigungskosten sei das Phenolharz - system überlegen. Das Fraunhofer LBF hat ebenfalls ein Leichtbau- Gehäuse für einen Battery Pack entwickelt. Der Demonstrator wiegt 40 % weniger als ein Aluminiumgehäuse. Das Gehäuse setzt sich aus Endlosfaserverstärkten Thermoplasten mit einem Kern aus Strukturschaum zusammen und lässt sich in nur 2 min Zykluszeit produzieren, ohne Nacharbeit. Sein eigenwilliges optisches Aussehen mit Schachbrettmuster (Foto) rührt von der Herstellung her: Zunächst werden UD-Tapes von Sabic verwoben und konsolidiert, wodurch das Muster entsteht. Dieses Laminat wird vorgeformt, in ein spezielles Spritzgießwerkzeug eingelegt und per Strukturschaum- Spritzguss mit Integralschaum verfüllt. Sabic hat auch ein eigenes, Kunststoff-intensives Batteriegehäuse vorgestellt. Der spritzgegossene Deckel aus selbstlöschendem Kunststoff ist gekennzeichnet durch eine hohe Funktionsintegration. Er wird seitlich auf einem Rahmen aus extrudierten Aluminiumprofilen angebracht, die ihrerseits eine Kunststoff-Wabenstruktur integrieren. Die Kunststoff- Bodenwanne wird mit einer Metallplatte verklebt. „FunTrog“ nennt sich ein Projekt, in dem das Fraunhofer IWU mit der TU Braunschweig, Volks - wagen und Havel Metal Foam zusammenarbeitete. Im Projekt entstand das Unterteil eines Batterie - gehäuses aus FVK und Aluminiumschaum in einem „integrierten Herstellungsprozess“. Im August 2018 kam es zum Abschluss, Einzelheiten machte das IWU 2020 bekannt. Die Besonderheit des hybriden Ansatzes: Die Formgebung des frisch geschäumten Aluminiumkerns und der FVK-Deckschichten geschieht simultan in nur einem Prozessschritt. Für die hybride Verbindung braucht es kein Kleben oder andere zusätzliche Fügetechnologien. Der Prozess läuft so ab: Sogenannte Organobleche aus Glasfaser- oder Carbonfaserverstärktem Thermoplast werden mit Infrarotlicht vorgeheizt und zusammen mit dem noch heißen Alu-Schaum in einer Hydraulikpresse umgeformt. Die Restwärme aus dem Schäumprozess trägt zur Temperierung des Organoblechs bei. Für die Boden - lage untersuchte das Fraunhofer WKI auch den Einsatz von Naturfasern im Hinblick auf Dämpfungseigenschaften und Nachhaltigkeit. 28 Industrieanzeiger » 07|2021
Nicht weniger interessant ist die metallische Variante dieses Sandwich-Ansatzes mit Aluminium-Deckblechen und Alu-Schaumkern. Sie bietet den zusätzlichen Vorteil, Wärme im Sinne einer passiven Kühlung abzuleiten. In den Schaum infiltriertes Phase-Change-Material (PCM) wie Paraffin könnte überschüssige Wärme durch Schmilzen puffern und so Temperaturspitzen glätten. Soll jedoch aktiv gekühlt werden, ließen sich Edelstahlrohre laut Havel Metal Foam ohne zusätzlichen Schweißprozess direkt im Aluminiumschaum anbinden. Die Ergebnisse der Gewichtseinsparung: Das IWU beziffert die Massereduktion gegenüber Stahl auf 29 % und auf 12 %, wenn zusätzlich PCM zur passiven Temperierung eingesetzt wird. Die Open Hybrid LabFactory in Wolfsburg unterstützte FunTrog und stellte außerdem im Oktober 2020 im Rahmen des Projekts ProVorPlus eine Batterie-Wanne vor, die in vergleichbarer FVK-Metall- Hybridbauweise 20 % weniger Gewicht gegenüber Aluminium-Druckguss aufweist. Auch Wasserstofftanks von Brennstoffzellenfahrzeugen müssen leicht sein. Das Bild zeigt, wie BMW die zwei CFK-Tanks im „BMW i Hydrogen Next“ anordnen will, den der Autobauer als Kleinserie für 2022 angekündigt hat. Bild: BMW Industrieanzeiger » 07|2021 29
