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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!

AVK: Elektro-Mobilität bietet große Chancen für den Einsatz von  Composites (c) Volkswagen AG
08.04.2021

AVK: Elektro-Mobilität bietet große Chancen für den Einsatz von Composites

Die anstehende Verkehrswende ist eines der zentralen wirtschaftlichen und industriellen Themen unserer Zeit. Umweltschutz und ein möglichst nachhaltiger Umgang mit unserem Planeten und seinen endlichen Ressourcen sowie der Wunsch nach individueller Mobilität dürfen sich zukünftig nicht mehr gegenseitig ausstechen. Es gilt Lösungen zu finden, die beide Wünsche gleichberechtigt berücksichtigen.

In den letzten Jahren steht bei der Betrachtung möglicher Alternativer Antriebssysteme vor allem der Wechsel von klassischen Verbrennungsmotoren hin zur Elektro-Mobilität im Fokus. Auch wenn es zahlreiche weitere Optionen gibt, so ist diese das derzeit politisch und auch wirtschaftlich oftmals präferierte Modell, auf das die Automobilindustrie mit allen vor- und nachgelagerten Industriezweigen reagieren muss.

Die anstehende Verkehrswende ist eines der zentralen wirtschaftlichen und industriellen Themen unserer Zeit. Umweltschutz und ein möglichst nachhaltiger Umgang mit unserem Planeten und seinen endlichen Ressourcen sowie der Wunsch nach individueller Mobilität dürfen sich zukünftig nicht mehr gegenseitig ausstechen. Es gilt Lösungen zu finden, die beide Wünsche gleichberechtigt berücksichtigen.

In den letzten Jahren steht bei der Betrachtung möglicher Alternativer Antriebssysteme vor allem der Wechsel von klassischen Verbrennungsmotoren hin zur Elektro-Mobilität im Fokus. Auch wenn es zahlreiche weitere Optionen gibt, so ist diese das derzeit politisch und auch wirtschaftlich oftmals präferierte Modell, auf das die Automobilindustrie mit allen vor- und nachgelagerten Industriezweigen reagieren muss.

Auch für die Composites-Industrie ergeben sich neue Herausforderungen. Bislang ist der Transportbereich mit einem Anteil von 32 % das zweitwichtigste Anwendungssegment der Composites Industrie (vgl. Abb. 1). Betrachtet werden hier alle Lang- sowie Endlosfaserverstärkten Materialsysteme. Änderungen und neue Impulse in diesem so wichtigen Bereich haben, sowohl für die deutsche Industrie generell als auch für die Zulieferindustrie im Speziellen, einen fundamentalen Einfluss auf viele Akteure im Composites-Markt.

Bereits vielfach wurde in den letzten Monaten ein Abgesang auf die Composites im Automobilbereich angestimmt, da Leichtbau seinen Einfluss bei der E-Mobilität vermeintlich verloren habe. Dies muss sich, wenn man die reine Physik betrachtet, schon grundlegend als falsch herausstellen und wurde mittlerweile ja auch vielfach entkräftet. Darüber hinaus wird aber übersehen, dass Composites über ein enorm vielfältiges und breites Eigenschaftsniveau, auch über den Leichtbau hinaus aufweisen. Die Leichtbaumöglichkeiten sind nur ein Baustein der für den Einsatz von Composites, vor allem auch in der Elektromobilität spricht.

Wie genau Composites zukünftig eingesetzt werden können und wo sich die meisten Potenziale zeigen, dass war Thema einer Arbeitskreissitzung der AVK zum Thema "Werkstoffeigenschaften und -anforderungen für die E-Mobilität“. Mehr als 150 angemeldete Teilnehmer informierten sich am 24. März über den aktuellen Stand aus Forschung und Entwicklung sowie derzeitige und zukünftige Anwendungsszenarien.

Leitfähige Kunststoffe, Kunststoffe im Hochvoltbereich, aber auch direktgekühlte Motoren aus faserverstärkten Kunststoffen waren dabei ebenso Thema, wie neue Materialentwicklungen und konkrete Anwendungsfelder im PKW-Bereich.

Potenziale für den Einsatz von Kunststoffen und ganz speziell auch Composites zeigen sich beispielsweise im Bereich des Batteriegehäuses bzw. des Deckels der Batteriegehäuse.

Das Batteriegehäuse inklusive Deckel ist in einem Fahrzeug ein Teil der gesamten Fahrzeugstruktur. Das Gehäuse beherbergt die Zellen, die Kühlung, die Verkabelung und schützt vor Crash-/Crush- Schäden. Composites verfügen u. a. über eine gute Zug- und Biegefestigkeit und erhöhen die Steifigkeit. Darüber hinaus ist eine hohe Formstabilität und elektrische Isolation garantiert. Spontanversagen des Bauteils gibt es nicht. EV (electric vehicle)-Batterien haben in der Regel große Dimensionen und ein komplexes Design. Große Bauteile und komplexe Formen lassen sich mit Composites in einem Bauteil darstellen, mehrstufige Verarbeitungsprozesse entfallen. Dies sind nur einige der Vorteile, die durch den Einsatz von Composites entstehen können. Die Experten des AVK-Arbeitskreises waren sich einig: die Elektromobilität bietet vielfältige Chancen für Composites. Man muss als Industrie die sich bietenden Möglichkeiten gemeinsam angehen, um von den anstehenden Änderungen profitieren zu können. Darüber hinaus muss die Vorteilhaftigkeit der Materialien zukünftig noch besser nach außen und zu potenziellen Nutzern/Anwendern kommuniziert werden.

Deswegen wurde entschieden, die Arbeit gemeinsam fortzusetzen. Ein nächstes Treffen des Arbeitskreises „Werkstoffeigenschaften und -anforderungen für die E-Mobilität“ wird am 24.06.2021 stattfinden.
 

Source:

AVK - Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e. V.

JEC GROUP and AVK to launch new Composites Event for the D-A-CH Region
JEC Forum DACH
06.04.2021

JEC FORUM DACH

  •  JEC GROUP and AVK to launch new Composites Event for the D-A-CH Region

JEC Group and AVK, the Federation of Reinforced Plastics e.V. in Germany have joined forces to organize an annual event for the D-A-CH Region, dedicated to all forms of Composites and their applications. The first edition of the JEC Forum DACH, unique in its format and content, will take place in Frankfurt am Main, Germany at Messe Forum, from November 23 to 24, 2021. The event will take place at a different location each year to highlight the dynamics and the variety of the composites industry in the DACH region.

JEC Group is launching the JEC Forum DACH in partnership with AVK. Unique in its format, the event will be rotating to different cities in Germany, Switzerland and Austria  every year. This first edition will take place in Frankfurt am Main, Germany, from November 23 to 24, 2021.

  •  JEC GROUP and AVK to launch new Composites Event for the D-A-CH Region

JEC Group and AVK, the Federation of Reinforced Plastics e.V. in Germany have joined forces to organize an annual event for the D-A-CH Region, dedicated to all forms of Composites and their applications. The first edition of the JEC Forum DACH, unique in its format and content, will take place in Frankfurt am Main, Germany at Messe Forum, from November 23 to 24, 2021. The event will take place at a different location each year to highlight the dynamics and the variety of the composites industry in the DACH region.

JEC Group is launching the JEC Forum DACH in partnership with AVK. Unique in its format, the event will be rotating to different cities in Germany, Switzerland and Austria  every year. This first edition will take place in Frankfurt am Main, Germany, from November 23 to 24, 2021.

JEC Forum DACH will include pre-arranged business meetings between sponsors and attendees as well as sponsors workshops. The event will present exclusive content such as an extensive composites conferences program, the annual AVK market overview — also available via live-streaming technology for remote participants — and, last but not least, the prestigious AVK-JEC Innovation Awards.
The JEC Startup Booster competition will also be introduced in the D-A-CH region for the first time. JEC Forum DACH will also provide a Composites Tour to enable participants to visit key players of the local composites ecosystem on November 25.

This event's primary aim is to support the bustling composites industry in this region and resume business after a challenging, yet complex period of time. The event´s agile format will focus on a different application sector, industry as well as other regional composites-related specifities every year. The final goal is to develop business, to connect and reach out to the local industrial apparatus and its major players such as universities, research and development centers and companies of all sizes in a boosting business and innovation spirit.

Source:

AVK - Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e. V.

13.11.2020

The AVK presents its awards virtually for the first time

The AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V. – has once again announced the winners of its prestigious Innovation Awards. Decided by an expert jury, the awards recognise and honour sustainable innovations in three categories: “Innovative Products/Applications”, “Innovative Processes” and “Research and Science”.

Overview of all the winners in the three categories:

Category “Innovative Products/Applications”
1st Place: “Directly-cooled electric motor with integral lightweight housing made of fibre reinforced polymers - DEmiL” – developed by the Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT, Pfinztal, Germany, in partnership with the Karlsruhe Institute of Technology and Sumitomo Bakelite Co., Ltd.*

2nd Place: “Intrinsically Reprocessable, Repairable and Recyclable (3R) thermoset composites for more Competitive and Sustainable Industries” – developed by cidetec, Donostia-San Sebastian, Spain*

The AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V. – has once again announced the winners of its prestigious Innovation Awards. Decided by an expert jury, the awards recognise and honour sustainable innovations in three categories: “Innovative Products/Applications”, “Innovative Processes” and “Research and Science”.

Overview of all the winners in the three categories:

Category “Innovative Products/Applications”
1st Place: “Directly-cooled electric motor with integral lightweight housing made of fibre reinforced polymers - DEmiL” – developed by the Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT, Pfinztal, Germany, in partnership with the Karlsruhe Institute of Technology and Sumitomo Bakelite Co., Ltd.*

2nd Place: “Intrinsically Reprocessable, Repairable and Recyclable (3R) thermoset composites for more Competitive and Sustainable Industries” – developed by cidetec, Donostia-San Sebastian, Spain*

3rd Place: “Fireproof composite metal hybrid structure – LEO® fire protection sandwich with integrated Hyconnect steel-glass hybrid connector” – developed by SAERTEX GmbH & Co. KG and Hyconnect GmbH.*

Category “Innovative Processes”
1st Place: “Robotised Injection Moulding (ROBIN)” – developed by Robin, Dresden with the Institute for Lightweight Engineering and Polymer Technology at the TU Dresden*

2nd Place: “Omega stringer from the roll” – developed by the German Aerospace Center, Braunschweig*

3rd Place: “Hybrid die-casting – manufacturing of intrinsic CFRP-aluminium composite structures in aluminium high-pressure die-casting” – developed by Faserinstitut Bremen e. V. with Fraunhofer IFAM, Bremen*

Category “Research and Science”:
1st Place: “New high-temperature resistant UP resins and toughening agents” – developed by Münster University of Applied Sciences with BASF SE Global New Business Development, Leibniz Institute for Polymer Research e. V., Saertex multicom GmbH*

2nd Place: “Scientific basis for the industrial application of the thermoplastic resin transfer moulding (T-RTM) process” – developed by Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT, Pfinztal*

3rd Place: “The material- and energy-efficient production of turbine struts by the integrative combination of thermoset fibre reinforced materials” – developed by the Institute of Polymer Technology, University of Erlangen-Nuremberg with the German Aerospace Center, Gubesch Group, Schmidt WFT, Siebenwurst, Raschig.

Award ceremony on the Internet for the first time
For the first time, due to the Covid-19 pandemic, the award ceremony took place as an online event on 12 November 2020. Many of the award winners’ innovations will be presented again in this year’s AVK Innovation Award brochure. This will be available online: https://www.avk-tv.de/innovationaward.php

 

*Please see attached document for more information.

 

Source:

AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V