Entwicklung funktionalisierter, unidirektionaler faserverstärkter Halbzeuge zur großserientauglichen Herstellung neuartiger, hochbelasteter Kunststoffbatteriegehäuse für Elektrofahrzeuge

Zur Herstellung von Batteriegehäusen für die Elektromobilität wird heutzutage vornehmlich Aluminium oder Stahl verwendet um die zahlreichen Funktionen, wie zum Beispiel die Aufnahme mechanischer Lasten (crash-, statische-, dynamische), Thermomanagement und elektromagnetische Abschirmung, zu erfüllen. Diese Werkstoffe und die hohen mechanischen Anforderungen führen zu einer hohen Gesamtmasse des Batteriegehäuses. Leichtbaumaterialien, wie thermoplastische faserverstärkte Kunststoffe (TP-FVK) haben das Potential die hohen mechanischen Anforderungen bei deutlich geringerem Gesamtgewicht zu erfüllen. Zur Herstellung von TP-FVK Bauteilen eignen sich in großem Maße integrierende Fertigungsverfahren, z.B. die Umformung und Funktionalisierung im Fließpressverfahren. Als Verstärkungskomponente finden hierbei TP-FVK-Halbzeuge (z.B. Laminate aus UD-Tapes und Organobleche) Anwendung. Allerdings erfüllen TP-FVK nicht die gestellten Anforderungen hinsichtlich elektromagnetischer Abschirmung oder des Thermomanagements. Die umfangreichen Anforderungen an ein Leichtbaukunststoffbatteriegehäuse werden jedoch potenziell von einem Multimaterialsystem erfüllt. 

Forschungsziel

Das Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von neuartigen unidirektionalen TP-FVK zur großserientauglichen Herstellung von Kunststoffbatteriegehäusen für Elektrofahrzeuge. Ziel der Forschungsaktivität am IKV ist es neuartige funktionalisierte thermoplastische UD-Tapes zu entwickeln, die in einem weiteren Prozess zu Multimaterial-Tapegelegen verarbeitet werden, die wiederum die Basis der Batteriegehäuse bilden.

Eine Anlagentechnik zur TP-FVK-Halbzeugherstellung wurde bereits mit den Projektpartnern Breyer, Kümpers und Pixargus am IKV im Rahmen des Projektes „LightFlex“ aufgebaut und in Betrieb genommen. Diese Anlage verfügt über die Möglichkeit, Faser- und Matrixmaterial sowie die UD-Tapeparameter (Imprägniergüte, Faserverteilung, Fasergehalt, Breite, Dicke) zu variieren. Zum Einsatz in Kunststoffbatteriegehäusen werden Anforderungen und Werkstoffkonzepte ausgearbeitet, die die Basis bilden, am Markt verfügbare und geeignete Werkstoffe zur Herstellung von UD-Tapes zu identifizieren. In diesem Beitrag werden Ergebnisse der Materialkonzeptauswahl vorgestellt, die jetzt als Basis der notwendigen Prozessentwicklung zur Herstellung der UD-Tapes dienen. Hierbei sind die grundlegenden Wirkzusammenhänge zwischen Prozess und UD-Tapeeigenschaften auf die neuartigen Materialkombinationen zu übertragen. Als Quantifizierungsmethode werden mikroskopische Querschnittsaufnahmen der UD-Tape hinsichtlich Porengehalts und Faserverteilung bewertet.

Projektpartner

Daniel Schneider, M.Sc.

Abteilungsleiter Faserverstärkte Kunststoffe und Polyurethane +49 241 80 23884 daniel.schneider@ikv.rwth-aachen.de

Bei allen Fragen rund um die Themen Leichtbau und Faserverstärkte Kunststoffe stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung.