Aus der Branche

Die Zukunft der E-Mobilität wird insbesondere von sicheren Batteriegehäusen mitbestimmt. Wenn Batterien für Elektrofahrzeuge immer leistungsfähiger werden, spielt die höhere volumetrische Energiedichte eine entscheidende Rolle. Soll in weniger Bauraum mehr Energie gespeichert werden, sind neue Material- und Designlösungen gefragt. Und die Entwicklung passender Gehäuse aus hochsicheren und hochstabilen Leichtbaumaterialien. Am Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau (AZL) startet im Oktober 2022 ein Projekt zu Cell-to-Pack-Batteriegehäusen für batterieelektrische Fahrzeuge.

Der Aufbau von Batteriegehäusen ist entscheidend für die Sicherheit, Kapazität, Leistung und Wirtschaftlichkeit. Im Cell-to-Pack-Projekt wird die Entwicklung von Konzepten für Bauteile und deren Produktion auf Basis verschiedener Materialien und Konstruktionstechniken vorangetrieben. Die Konzepte werden in Bezug auf Leistung, Gewicht und Produktionskosten verglichen, so dass für OEM, Produzenten und deren Zulieferer in der gesamten Wertschöpfungskette von Batteriefahrzeugen neues Know-how entsteht. Unternehmen sind eingeladen, sich an diesem neuen, branchenübergreifenden Projekt zu beteiligen, um Batteriegehäusekonzepte für die vielversprechende und zukunftssichere Cell-to-Pack-Technologie zu entwickeln.

Basis für das Projekt ist die Leichtbau-Kompetenz der AZL-Experten, die sie bereits in früheren Projekten für Multimateriallösungen bei modul-basierten Batteriegehäusen gezeigt haben. Gemeinsam mit 46 Industriepartnern, darunter unter anderem Audi, Asahi Kasei, Covestro, DSM, EconCore, Faurecia, Hutchinson, Johns Manville, Magna, Marelli and Teijin, wurden 20 verschiedene Multimaterialkonzepte hinsichtlich Gewicht und Kosten optimiert und mit einem Referenzbauteil aus Aluminium verglichen. Alle Produktionsschritte wurden im Detail modelliert, um zuverlässige Kostenschätzungen für jede Variante zu erhalten. Es konnten je nach Konzept 20 % Gewichts- bzw. 36 % Kosteneinsparpotenzial durch den Einsatz von Multimaterial-Verbundwerkstoffen im Vergleich zur etablierten Aluminiumreferenz identifiziert werden.

Es wird erwartet, dass sich das Aufbaukonzept der Batteriegehäuse in Richtung eines effizienteren Layouts entwickeln wird. Hierbei werden die Zellen nicht mehr in zusätzlichen Arbeitsschritten in Modulen zusammengefasst, sondern direkt in das Batteriegehäuse integriert. Durch die Einsparung von Batteriemodulen und verbesserter, gewichtssparender Raumausnutzung wird eine höhere Packungsdichte ermöglicht, eine geringere Bauhöhe erzielt und Kosten eingespart. Zusätzlich werden verschiedene Ausbaustufen der konstruktiven Integration des Batteriegehäuses in die Karosseriestruktur erwartet. Diese neuen Designs bringen spezifische Herausforderungen, unter anderem zur Gewährleistung des Schutzes der Batteriezellen vor Beschädigung durch äußere Einflüsse sowie des Brandschutzes mit sich. Darüber hinaus können unterschiedliche Optionen für Recycling und Reparatur die künftigen Konstruktionen erheblich beeinflussen.

Wie die verschiedenen Material- und Strukturoptionen für zukünftige Generationen von Batteriegehäuse für die Cell-to-Pack Technologie aussehen könnten und wie sie in Bezug auf Kosten und Umweltauswirkungen zu vergleichen sind, wird in dem neuen AZL-Projekt untersucht. Neben den Material- und Produktionskonzepten aus der Konzeptstudie für modulbasierte Batteriegehäuse werden auch Ergebnisse eines aktuell laufenden Benchmarkings von verschiedenen Materialien für die Impact-Schutzplatte sowie eine neue Methode zur Ermittlung von mechanischen Eigenschaften während eines Brandtest eingebracht.

Das Projekt startet am 27. Oktober 2022 mit einem Kick-Off Treffen des Konsortiums, interessierte Firmen können sich bis dahin noch für die Teilnahme bewerben.

Die AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe hat 2021 erneut Innovationspreise an Unternehmen, Institute und deren Partner vergeben. Jeweils drei Composites-Innovationen aus den drei Kategorien „Produkte und Anwendungen“, „Prozesse und Verfahren“ sowie „Forschung und Wissenschaft“ wurden während des neuen Events JEC Forum DACH am 23. November 2021 ausgezeichnet, das in seiner ersten Ausgabe in Frankfurt stattfand.

„Auch in diesem Jahr waren wieder viele sehr interessante und vielversprechende Produkte und Verfahren dabei. Der Innovationspreis zeigt, wie leistungsfähig, wirtschaftlich und nachhaltig sich Faserverstärkte Kunststoffe und mit ihnen die Firmen und Institute präsentieren,“ erklärte AVK-Geschäftsfüher Dr. Elmar Witten. Die hochkarätig besetzte Fachjury ehrte in diesem Jahr u.a. folgende Innovationen:

Kategorie Forschung und Wissenschaft
Den 1. Platz in der Kategorie „Forschung und Wissenschaft“ erhielt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit der Bondline Control Technologie (BCT). Das innovative Verfahren dient der Qualitätskontrolle und -sicherung von Klebverbindungen. Kernelement ist ein poröses Gewebe, das mittels Epoxidklebstoff oder Matrixharz auf eine Fügefläche appliziert wird. Das Abschälen des Gewebes erzeugt eine chemisch reaktive und hinterschnittige Oberfläche und kann gleichzeitig als Adhäsionstest zum Untergrund dienen Die BCT bietet verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Zum Beispiel können Abreißgewebe durch das BCT-Gewebe ersetzt werden, um Verbundbauteile mit optimierter Fügefläche herzustellen. Der kostengünstige Schältest kann in der Couponprüfung und zur Prozesskontrolle genutzt werden. Außerdem kann die kombinierte Haftprüfung und Oberflächenvorbehandlung zur Qualitätssicherung geklebter Reparaturen an Faserverbundstrukturen eingesetzt werden.

Den 2. Platz erhielt das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University und seinen Partnern AEROVIDE GmbH, Altropol Kunststoff GmbH, Basamentwerke Böcke GmbH, TechnoCarbon Technologies GbR mit „StoneBlade - Leichtbau mit Granit für die Windindustrie“. Die Innovation ermöglicht die Reduzierung von nicht-recyclefähigem Material im Rotorblattbau. Gleichzeitig wird das Gewicht reduziert und die mechanischen Eigenschaften zur Standsicherheit von Windkraftanlagen erhöht. Hierzu wird glasfaserverstärkter Kunststoff in den Blattkomponenten durch Hartgestein als naturbasiertes, kostengünstiges und verwertbares Leichtbaumaterial ersetzt. Die auf wenige Millimeter Dicke geschliffenen Gesteinsplatten werden in ein Faserverbund-Laminat mit Carbonfasern eingebracht und so für wechselnde Lastfälle stabilisiert. Das vorgespannte Material ist im Verbund druckstabil und kann ohne einen Verlust von Steifigkeit Zugkräfte im Dauerwechsellastfall aufnehmen.

Platz 3 ging an die Technische Universität Dresden – Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) mit dem Partner Mercedes Benz AG mit der interdisziplinären Entwicklung eines hochintegrierten induktiven Lademoduls für Elektrofahrzeuge. Das ultra-dünne Lademodul sollte dabei den Raum im Fahrzeugunterboden optimal ausnutzen ohne die Bodenfreiheit zu verringern. Dafür wurde ein interdisziplinärer Entwicklungsprozess angewendet und eine übergreifende elektrische, mechanische und prozesstechnische Charakterisierung von Hochfrequenzlitzen, ferromagnetischer Folie und Metalldrahtgeweben durchgeführt und ein Simulationsmodelll erstellt. Das Ergebnis ist ein Demonstrator für ein Ladesystem mit  einer Aufbauhöhe von 15 mm und einem Gesamtgewicht von 8 kg. Es erreicht eine Übertragungseffizienz von bis zu 92 Prozent bei 7,2 kW Nennleistung und aktiver Luftkühlung. Der Hardware-Demonstrator wurde in einem 3-stufigen Prozess unter Nutzung des RTM- und VARI-Verfahrens hergestellt.

Übersicht aller Preisträger in den drei Kategorien:
Kategorie „Innovative Produkte und Anwendungen“
1. Platz: „Verkehrsschilder von Nabasco (N-BMC)“ – Nabasco Products BV und Lorenz Kunststofftechnik GmbH, Partner: Pol Heteren BV und NPSP BV
2. Platz: „Neuentwickeltes ultratoughes Vinylesterharz für den Großschiffbau“ Evonik Operations GmbH
3. Platz: „Lufteinlassgehäuse in Multi-Material-Design für Gasturbinen“ – MAN Energy Solutions SE, Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH und Leichtbau-Systemtechnologien KORROPOL GmbH
Kategorie „Innovative Prozesse und Verfahren“
1. Platz: „In-Mould Wrapping“ werkzeugfallende, folierte Faserverbundbauteile für Exterieur-Anwendungen– BMW Group, Partner: Renolit SE
2. Platz: „Adaptive automatisierte Reparatur von Composite-Strukturkomponenten in der Luftfahrt“ – Lufthansa Technik AG, Partner: iSAM AG
3. Platz: „Automatisierte Oberflächenvorbehandlung mittels VUV-Excimer Lampen – CTC GmbH
Kategorie „Forschung und Wissenschaft“
1. Platz: „Bondline Control Technologie (BCT)“ – Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
2. Platz: „StoneBlade - Leichtbau mit Granit für die Windindustrie“ – Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University, Partner: AEROVIDE GmbH, Altropol Kunststoff GmbH, Basamentwerke Böcke GmbH, TechnoCarbon Technologies GbR
3. Platz: „Interdisziplinäre Entwicklung eines hochintegrierten induktiven Lademoduls für Elektrofahrzeuge“ – Technische Universität Dresden – Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), Partner: Mercedes Benz AG

Die Ausschreibung für den nächsten Innovationspreis startet Ende Januar 2022.