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AVK Flammschutztagung Foto: AVK
25.05.2023

AVK: Erfolgreiche Flammschutztagung in Berlin

  • Flame Retardancy for Composite Applications in the Transport Sector

Am 10.-11. Mai 2023 veranstaltete die AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e. V. in Kooperation mit der FGK - Forschungsgesellschaft Kunststoffe e.V. in Berlin erstmals eine internationale, englischsprachige Fachtagung zum Thema Flammschutz.

In 18 kompakten Vorträgen informierten über 20 Experten knapp 80 Teilnehmer über Neuerungen, Anforderungen und Innovationen zu spezifischen Flammschutzeigenschaften bei Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen/Composites für den Transportbereich.

So gab es Vorträge von Industrievertretern von Saertex, BÜFA, Clariant, Diehl Aviation und Airbus, ebenso von Instituten wie den Fraunhofer-Instituten oder der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Es standen Vorträge zu den Themen Standardisierung, Rohmaterialien, Automotive oder Recycling auf dem Programm, aber auch Flammschutzmittel für Anschlüsse und Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge oder feuerhemmende Systeme für Schienenfahrzeuge oder feuerhemmendes CFK aus recyceltem CF-Vliesstoff wurden vorgestellt.

  • Flame Retardancy for Composite Applications in the Transport Sector

Am 10.-11. Mai 2023 veranstaltete die AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e. V. in Kooperation mit der FGK - Forschungsgesellschaft Kunststoffe e.V. in Berlin erstmals eine internationale, englischsprachige Fachtagung zum Thema Flammschutz.

In 18 kompakten Vorträgen informierten über 20 Experten knapp 80 Teilnehmer über Neuerungen, Anforderungen und Innovationen zu spezifischen Flammschutzeigenschaften bei Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen/Composites für den Transportbereich.

So gab es Vorträge von Industrievertretern von Saertex, BÜFA, Clariant, Diehl Aviation und Airbus, ebenso von Instituten wie den Fraunhofer-Instituten oder der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Es standen Vorträge zu den Themen Standardisierung, Rohmaterialien, Automotive oder Recycling auf dem Programm, aber auch Flammschutzmittel für Anschlüsse und Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge oder feuerhemmende Systeme für Schienenfahrzeuge oder feuerhemmendes CFK aus recyceltem CF-Vliesstoff wurden vorgestellt.

Composites: Batteriedeckel aus SMC Foto: pixabay
12.04.2021

Composites: Batteriedeckel aus SMC

  • Batteriedeckel aus SMC – Was Composites für die Elektromobilität leisten können

Die schnelle Entwicklung der Elektromobilität hat die gesamte Werkstoffentwicklung vor neue Herausforderungen gestellt. Besonders die Batterie, ein Herzstück der Elektrofahrzeuge, stellt ausgesprochen hohe Anforderungen an die eingesetzten Materialien und Lösungen.

Bei dem Batteriegehäuse (sog. Wanne) stellen metallische Werkstoffe in Profilform (vor allem Aluminium und spezielle Stähle) bezüglich der Crashanforderungen eine etablierte Lösung dar. Bei den Batteriedeckeln stehen verschiedene Lösungen in Wettbewerb. Je nach Konzept und Hersteller werden metallische (Aluminium, bzw. Stahl) sowie nichtmetallische Werkstoffe (Kunststoffe) bzw. deren Kombinationen eingesetzt.

Welche Anforderungen werden an die potenziellen Materialien für Batteriedeckel gestellt, um in Betracht gezogen zu werden?

Dieser Artikel betrachtet vorrangig die sehr guten Verwendungsmöglichkeiten von Sheet Molding Compounds (SMC). Fünf wichtige Merkmale der Funktion eines Batteriedeckels werden nachstehend kommentiert.

  • Batteriedeckel aus SMC – Was Composites für die Elektromobilität leisten können

Die schnelle Entwicklung der Elektromobilität hat die gesamte Werkstoffentwicklung vor neue Herausforderungen gestellt. Besonders die Batterie, ein Herzstück der Elektrofahrzeuge, stellt ausgesprochen hohe Anforderungen an die eingesetzten Materialien und Lösungen.

Bei dem Batteriegehäuse (sog. Wanne) stellen metallische Werkstoffe in Profilform (vor allem Aluminium und spezielle Stähle) bezüglich der Crashanforderungen eine etablierte Lösung dar. Bei den Batteriedeckeln stehen verschiedene Lösungen in Wettbewerb. Je nach Konzept und Hersteller werden metallische (Aluminium, bzw. Stahl) sowie nichtmetallische Werkstoffe (Kunststoffe) bzw. deren Kombinationen eingesetzt.

Welche Anforderungen werden an die potenziellen Materialien für Batteriedeckel gestellt, um in Betracht gezogen zu werden?

Dieser Artikel betrachtet vorrangig die sehr guten Verwendungsmöglichkeiten von Sheet Molding Compounds (SMC). Fünf wichtige Merkmale der Funktion eines Batteriedeckels werden nachstehend kommentiert.

1.    Mechanische Eigenschaften

Das Batteriegehäuse besteht hauptsächlich aus Aluminium – bzw. Stahlprofilen, es kann allerdings auch im Aluminiumdruckverfahren hergestellt werden. Das Gehäuse beherbergt die Zellen, die Kühlung, die Verkabelung und schützt die Batterie vor Crash - / Crush – Schäden. Außerdem ist das Gehäuse ein Teil der gesamten Fahrzeugstruktur. Für die mechanischen Anforderungen des Batteriedeckels ist faserverstärkter Kunststoff (SMC) eine passende Lösung, die folgende Vorteile bietet:

•    gute Zug – und Biegefestigkeit erhöhen die Steifigkeit,
•    SMC ermöglicht die Verteilung dieser Eigenschaften über das gesamte Bauteil,
•    Verwendung verschiedenster Fasertypen und Glaskugeln ist möglich,
•    mögliche Fasersysteme, wie uni – und multidirektionale, sowie randomisierte Schnittfasern, erhöhen die mechanischen Eigenschaften,
•    lokale Verstärkungen der Wanddicken unterstützen diese Verbesserungen und
•    stabile und vorhersehbare Eigenschaften im breiten Temperaturbereich von minus 60°C bis 150°C und darüber hinaus, keine Versprödung, kein Schmelzen bzw. Aufweichen sprechen für diesen Werkstoff.

2.    Flammwidrigkeit und Temperaturbeständigkeit

Im Falle eines Batteriebrandes hat der Insassenschutz höchste Priorität, damit die Passagiere rechtzeitig das Fahrzeug verlassen können, das Elektrofahrzeug muss den sog. 'Run away test‘ bestehen. Ein Brand kann entstehen, wenn folgende Faktoren eintreten:

•    elektrische Überladung, Kurzschluss, Fehlfunktion der Steuerelektronik
•    mechanische Einwirkungen, wie z. B. ein Crash des Fahrzeuges.

Im Brandfall können Flammen oder heiße Gase mit Temperaturen von bis zu 1100°C auftreten, die feste Partikel der Zellen beinhalten, also wie ein Sandstrahlgebläse wirken. Dünne Blechdeckel widerstehen hier nur kurzzeitig, weshalb zusätzliche Platten aus Stahl oder Geweben verwendet werden müssen, um die Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.
SMC bietet hier folgende Vorteile:
•    die Nutzung von unterschiedlichen Füllstoffen ergeben höchste Flammwidrigkeiten,
•    durch die Verwendung von einer Faserverstärkung wird eine Formstabilität und elektrische Isolation garantiert und
•    es gibt kein Spontanversagen aufgrund von Erweichen (Thermoplaste) oder Schmelzen (Metalle).

3.     Teilegeometrie und Werkzeugkosten

Batterien aus dem Bereich der Elektromobilität haben in der Regel große Dimensionen und ein komplexes Design, um die Zellmodule, Elektronik, Verkabelung und Kühlung aufnehmen zu können. Das führt zu reliefartigen Deckelformen, die als Metallversion nur durch einen mehrstufigen Tiefziehprozess hergestellt werden können.
SMC bietet hier folgende Vorteile:
•    Herstellung mit nur einem Werkzeug,
•    Bauteilhöhen von 20mm bis 800 mm sind im gleichen Teil möglich,
•    umlaufender Rand incl. Dichtungsnut ausführbar,
•    Materialschwindung ist einstellbar und kann auch als sogenannte Null-schwinder eingestellt werden,
•    partielle Wandstärkenerhöhungen für die Flammwidrigkeit sind möglich,
•    einstufiger Herstellprozess (Fließpressverfahren).

Bei der Montage gewinnt die Geometriegenauigkeit der SMC – Deckel eine besondere Wichtigkeit, wodurch die Dichtungspressung optimiert und der fast verzugsfreie Deckel einfach montiert werden kann.
Hier ist das SMC den metallischen oder thermoplastischen Lösungen deutlich über-legen.

4.     EMV Abschirmung

Wie alle Kunststoffe, hat SMC - im Gegensatz zu Metallen - keine elektromagnetische Abschirmwirkung. Daher müssen SMC Bauteile mit einem zusätzlichen Bauteil (Blech bzw. Folie) großflächig verbunden werden, was zusätzliche Kosten verursacht. Trotzdem bleibt ein SMC- Deckel mit entsprechender Abschirmungshilfe als Systemlösung absolut funktions- und wettbewerbsfähig.

5.      Emission

Da sich die Batteriegehäuse mit dem Interieur im Karosserieinnenraum befinden, sind Anforderungen an die Emissionseigenschaften (VOC und andere) zu erfüllen. Dies stellt folgende hohen Anforderungen an:

•    die chemische Zusammensetzung des Basisharzes,
•    das sorgfältige Rezeptieren,
•    die für die Aushärtung verantwortlichen Stoffe (Initiatoren, Inhibitoren, usw.),
•    die Sauberkeit in der Halbzeugproduktion und
•    die Kontrolle des Herstellungsprozesses.

All diese Elemente sind entscheidende Voraussetzungen, um die Emissionswerte unter Kontrolle zu bringen und nachhaltig zu garantieren. Dieser Herausforderung stellt sich die SMC Industrie und hat mittlerweile bewiesen, die notwendigen Mittel und Fähigkeiten zu haben, um die geforderten Emissionswerte zu erreichen.

Das Zusammenwirken aller oben genannten Faktoren zeigt eindeutig, dass Batteriedeckel aus SMC eine technische, die Sicherheit verbessernde und wirtschaftliche Alternative zu Bauteilen aus metallischen Werkstoffen darstellen. Es handelt sich also um einen optimalen Werkstoff für die Batterielösungen der E-Mobilität, der bereits bei einigen Fahrzeugen Verwendung in der Serienproduktion gefunden hat!

TITK gewinnt Thüringer Innovationspreis 2019 für flexible, metallfreie Heizfolie mit PTC-Effekt (c) TITK / Steffen Beikirch
TITK-Direktor Benjamin Redlingshöfer (Mitte) nahm den Innovationspreis in Weimar mit Abteilungsleiter Prof. Dr. Klaus Heinemann (links) und dem verantwortlichen Projektleiter Dr. Mario Schrödner entgegen.
03.12.2019

TITK gewinnt Thüringer Innovationspreis 2019 für flexible, metallfreie Heizfolie mit PTC-Effekt

In der Kategorie „Industrie & Material“ setzte sich das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt e.V. (TITK) im diesjährigen Wettbewerb gegen zahlreiche Mitkonkurrenten durch. Die flexiblen, metallfreien Heizfolien mit integriertem Überhitzungsschutz überzeugten die Jury unter Vorsitz von Prof. Dr. habil. Ulrich S. Schubert. Institutsdirektor Benjamin Redlingshöfer wertet den am 27. November 2019 in Weimar verliehenen Preis als herausragende Auszeichnung für eine exzellente Leistung in der wirtschaftsnahen Forschung sowie für den erfolgreichen Transfer von Forschungsergebnissen in die Industrie.

In der Kategorie „Industrie & Material“ setzte sich das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt e.V. (TITK) im diesjährigen Wettbewerb gegen zahlreiche Mitkonkurrenten durch. Die flexiblen, metallfreien Heizfolien mit integriertem Überhitzungsschutz überzeugten die Jury unter Vorsitz von Prof. Dr. habil. Ulrich S. Schubert. Institutsdirektor Benjamin Redlingshöfer wertet den am 27. November 2019 in Weimar verliehenen Preis als herausragende Auszeichnung für eine exzellente Leistung in der wirtschaftsnahen Forschung sowie für den erfolgreichen Transfer von Forschungsergebnissen in die Industrie.

Weimar / Rudolstadt – Der Rudolstädter Wettbewerbsbeitrag lautete „PTC-ThermoMat“ – Effizientes Thermomanagement mittels flexibler, metallfreier Heizmaterialien auf Polymerbasis". Die Heizfolien mit dem sogenannten PTC-Effekt waren in diesem Jahr auch auf der Hannover Messe vorgestellt worden. Die Abkürzung PTC steht für „positive temperature coefficient“ und beschreibt die starke Zunahme des Widerstands mit der Temperatur. Getreu diesem Prinzip reduziert die Heizfolie ihre Leistung selbst, sie bringt also ihre eigene Thermosicherung mit. Ganz ohne zusätzliche Steuerungstechnik schützt sie so empfindliche Güter, Personen und Aggregate vor Hitzeschäden.

Das leitfähige Material kommt mit einer geringen Energiezufuhr aus und lässt sich in verschiedensten Dicken herstellen. Es ist flexibel, thermisch verformbar und unempfindlich gegenüber Strukturverletzungen. Verwendung finden kann es nicht nur in Elektrofahrzeugen, wo sich völlig neue Bereiche im Innenraum oder auch im Motorraum effizient erwärmen lassen. Einsatzgebiete eröffnen sich auch in elektrischen Fußboden- und Wandheizungen, Operationstischen, Wasserbetten, Sessel-Liften oder Aquarien.

„Erste Industriepartner haben wir bereits für diese Technologie“, sagt TITK-Direktor Benjamin Redlingshöfer. „Wir würden uns freuen, wenn der Innovationspreis dazu beiträgt, weitere Interessenten auf unsere Innovation aufmerksam zu machen. Möglicherweise können wir gemeinsam noch ganz andere Anwendungsfelder ausloten.“

Der geschäftsführende Direktor zeigt sich stolz auf das gesamte Team der TITK-Gruppe. Er dankt allen Forscherinnen und Forschern für ihr tagtägliches Engagement und gratuliert besonders dem verantwortlichen Team der Abteilung Funktionspolymersysteme mit Abteilungsleiter Prof. Dr. Klaus Heinemann, dem zuständigen Projektleiter Dr. Mario Schrödner sowie Dr. Thomas Welzel, Hannes Schache und Frank Schubert.